Лабораторная работа № 5, страница 155 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 33. Применение магнитов. Задание 31 - страница 155.

Условие.

Лабораторная работа № 5

Сборка электромагнита и его испытание

Цель работы:

изучить принцип действия электромагнита с помощью катушки без сердечника и научиться собирать электромагнит из готовых деталей.

Приборы и материалы:

лабораторный источник питания, реостат, ключ, соединительные провода, магнитная стрелка, детали для сборки электромагнита, же-лезный гвоздь.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, ка-тушки электромагнита без сердечника, ключа и соединительных про-водов. Замкните цепь и при помощи магнитной стрелки определите полюсы катушки. Начертите схему электрической цепи и укажите направление тока в ней¹.

2. Медленно отодвигая магнитную стрелку от катушки вдоль её оси, наблюдайте за отклонением стрелки от начального положения. Сде-лайте вывод.

3. Установите магнитную стрелку на таком расстоянии от катушки, чтобы магнитное поле почти не действовало на неё. Вставьте в катуш-ку железный сердечник и пронаблюдайте действие электромагнита на стрелку. Сделайте вывод.

4. С помощью реостата изменяйте силу тока в цепи и наблюдайте за отклонением магнитной стрелки. Сделайте вывод.

5. Из готовых деталей соберите электромагнит. Катушки соедините между собой последовательно так, чтобы на их свободных концах полу-чились разноимённые полюсы. С помощью магнитной стрелки установи-те расположение полюсов электромагнита. Начертите схему электромаг-нита и покажите на ней направление тока в катушках электромагнита.

6. Поместите железный гвоздь под полюсами электромагнита и, за-мыкая и размыкая цепь, наблюдайте за работой электромагнита.

Решение.

Для сборки электрической цепи источник тока, катушку электромагнита (без сердечника) и ключ соединяют последовательно с помощью соединительных проводов. После замыкания ключа по катушке начинает течь электрический ток, и вокруг нее возникает магнитное поле. Для определения полюсов катушки к одному из ее торцов подносят магнитную стрелку. Тот торец катушки, к которому притягивается северный полюс (N) магнитной стрелки, является южным полюсом (S) электромагнита. Соответственно, торец, отталкивающий северный полюс стрелки, является северным полюсом (N) электромагнита. Направление полюсов также можно определить по правилу правой руки: если обхватить катушку правой рукой так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в витках, то отогнутый большой палец покажет направление на северный полюс (N).
Схема цепи выглядит следующим образом: источник постоянного тока, ключ и катушка (обозначается как соленоид) соединены последовательно. Стрелками на схеме указывается направление тока от положительного полюса источника к отрицательному.
Ответ: Полюсы катушки с током определяются с помощью магнитной стрелки или по правилу правой руки.

2. При медленном отодвигании магнитной стрелки от торца катушки вдоль ее оси наблюдается, что угол отклонения стрелки от ее первоначального положения постепенно уменьшается. На некотором расстоянии стрелка практически перестает реагировать на магнитное поле катушки и устанавливается вдоль магнитного поля Земли.
Ответ: Магнитное поле катушки с током ослабевает по мере удаления от нее.

3. Магнитная стрелка устанавливается на таком расстоянии от катушки, где ее магнитное поле уже не вызывает видимого отклонения стрелки. Затем в катушку вставляется железный сердечник (например, из мягкой стали). Сразу после этого наблюдается значительное отклонение магнитной стрелки, что свидетельствует о появлении сильного магнитного поля.
Ответ: Железный сердечник, введенный в катушку, значительно усиливает ее магнитное поле.

4. Для изменения силы тока в цепь последовательно с катушкой включается реостат. Перемещая ползунок реостата, изменяют сопротивление цепи и, следовательно, силу тока (в соответствии с законом Ома $I = U/R$). Наблюдается, что при увеличении силы тока в катушке угол отклонения магнитной стрелки, находящейся рядом с ней, увеличивается. При уменьшении силы тока угол отклонения стрелки уменьшается.
Ответ: Действие магнитного поля электромагнита прямо пропорционально силе тока в его катушке: чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле.

5. Для сборки U-образного электромагнита две катушки надевают на стержни U-образного сердечника. Катушки соединяют между собой последовательно, причем таким образом, чтобы на свободных концах сердечника образовались разноимённые полюсы. Для этого намотка на катушках должна быть встречной, то есть ток в витках на одном стержне должен идти в противоположном направлении по отношению к виткам на другом стержне (например, на одном по часовой стрелке, на другом — против). Расположение полюсов (N и S) определяют с помощью магнитной стрелки. На схеме изображают U-образный сердечник с надетыми на него катушками, подключенными к источнику тока через ключ. Стрелками указывают направление тока в обмотках и обозначают получившиеся северный (N) и южный (S) полюсы.
Ответ: Чтобы на концах U-образного электромагнита получились разноимённые полюсы, катушки на его стержнях должны быть намотаны в противоположных направлениях (встречная намотка) и соединены последовательно.

6. Железный гвоздь помещают под полюсами собранного электромагнита. При замыкании электрической цепи электромагнит создает сильное магнитное поле, которое притягивает и удерживает гвоздь. Когда цепь размыкают, электрический ток в катушках прекращается, магнитное поле почти полностью исчезает, и гвоздь под действием силы тяжести падает.
Ответ: Электромагнит проявляет магнитные свойства (способен притягивать ферромагнитные предметы) только во время прохождения по его обмотке электрического тока.