Лабораторная работа № 8, страница 172 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 38. Направление индукционного тока. Правило Ленца. Задание 34 - страница 172.

Условие.

Лабораторная работа № 8*

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы:

изучить явление электромагнитной индукции и получить индукционный ток.

Приборы и материалы:

полосовой магнит, электромагнит разборный, миллиамперметр, лабораторный источник питания, ключ, реостат, соединительные провода.

Порядок выполнения работы

1. Подключите миллиамперметр к одной из катушек электромагнита.

2. Вдвигая полосовой магнит внутрь катушки, определите направление индукционного тока. Повторите опыт, выдвигая магнит из катушки. Сделайте вывод.

3. Определите, как влияет скорость движения постоянного магнита внутри катушки на силу индукционного тока в ней. Объясните наблюдаемое изменение силы тока и сделайте вывод.

4. Соберите ещё одну цепь, состоящую из источника тока, второй катушки электромагнита, реостата и ключа, соединённых последовательно. Расположите вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали.

5. Замыкая и размыкая цепь, проследите, возникает ли индукционный ток в первой катушке, соединённой с миллиамперметром. Определите его направление. Сделайте вывод.

6. Замкнув цепь второй катушки, изменяйте силу тока в ней с помощью реостата. Определите направление индукционного тока при возрастании и убывании силы тока в первой катушке. Сделайте вывод.

Решение.

Вдвигая полосовой магнит внутрь катушки, определите направление индукционного тока. Повторите опыт, выдвигая магнит из катушки. Сделайте вывод.

Решение: При вдвигании полосового магнита в катушку, стрелка миллиамперметра отклоняется, что свидетельствует о возникновении индукционного тока. Направление этого тока определяется правилом Ленца, согласно которому индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, которым он вызван. Например, если вдвигать в катушку магнит северным полюсом (N), то внешний магнитный поток, пронизывающий витки катушки, будет увеличиваться. Возникший индукционный ток создаст собственное магнитное поле, которое будет направлено навстречу полю магнита, то есть будет отталкивать его. Для этого у торца катушки, к которому приближается магнит, возникнет также северный полюс (N). Направление тока в витках можно определить по правилу правой руки.
При выдвигании того же магнита (северным полюсом) из катушки, внешний магнитный поток будет уменьшаться. Индукционный ток изменит свое направление на противоположное и создаст магнитное поле, которое будет стремиться поддержать убывающий поток, то есть будет притягивать магнит. У торца катушки в этом случае возникнет южный полюс (S).
Вывод: Индукционный ток в замкнутом контуре возникает только тогда, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий этот контур. Направление индукционного тока зависит от того, увеличивается или уменьшается магнитный поток, а также от направления линий внешнего магнитного поля. Когда движение магнита прекращается, индукционный ток исчезает.

Ответ: При вдвигании магнита в катушку возникает индукционный ток одного направления, а при его выдвигании — противоположного. При отсутствии движения магнита ток не возникает.

3. Определите, как влияет скорость движения постоянного магнита и внутри катушки на силу индукционного тока в ней. Объясните наблюдаемое изменение силы тока и сделайте вывод.

Решение: В ходе эксперимента наблюдается, что чем быстрее движется магнит относительно катушки, тем на больший угол отклоняется стрелка миллиамперметра, что указывает на увеличение силы индукционного тока. Это явление объясняется законом электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, ЭДС индукции $ε_i$ пропорциональна скорости изменения магнитного потока $ΔΦ$ через контур за промежуток времени $Δt$:
$ε_i = - \frac{ΔΦ}{Δt}$
Сила индукционного тока $I_i$ по закону Ома для замкнутой цепи равна $I_i = ε_i / R$, где $\text{R}$ — сопротивление цепи. Следовательно:
$I_i = - \frac{1}{R} \frac{ΔΦ}{Δt}$
Чем выше скорость движения магнита, тем быстрее изменяется магнитный поток (т.е. больше отношение $ΔΦ/Δt$), и, следовательно, тем больше возникающая ЭДС индукции и сила индукционного тока.
Вывод: Сила индукционного тока прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

Ответ: Чем больше скорость относительного движения магнита и катушки, тем больше сила возникающего в ней индукционного тока.

5. Замыкая и размыкая цепь, проследите, возникает ли индукционный ток в первой катушке, соединённой с миллиамперметром. Определите его направление. Сделайте вывод.

Решение: При замыкании ключа в цепи второй (первичной) катушки, ток в ней возрастает от нуля до некоторого установившегося значения. Это нарастание тока создает вокруг катушки переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает изменяющийся магнитный поток через первую (вторичную) катушку. В результате во вторичной катушке возникает кратковременный индукционный ток, который регистрируется миллиамперметром.
Когда ток в первичной цепи установился и стал постоянным, магнитное поле вокруг нее также становится постоянным. Магнитный поток через вторичную катушку перестает изменяться, и индукционный ток в ней пропадает (стрелка миллиамперметра возвращается к нулю).
При размыкании ключа ток в первичной катушке быстро убывает до нуля. Это снова приводит к изменению магнитного потока через вторичную катушку и возникновению в ней кратковременного индукционного тока. Согласно правилу Ленца, направление этого тока будет противоположно тому, что наблюдался при замыкании цепи, так как теперь индукционный ток стремится поддержать исчезающий магнитный поток.
Вывод: Индукционный ток во вторичной катушке возникает только в моменты изменения силы тока в первичной катушке (при замыкании и размыкании цепи). Направления индукционного тока при замыкании и размыкании цепи противоположны.

Ответ: Индукционный ток в первой катушке возникает в моменты замыкания и размыкания цепи второй катушки. Направление тока при замыкании противоположно его направлению при размыкании.

6. Замкнув цепь второй катушки, изменяйте силу тока в ней с помощью реостата. Определите направление индукционного тока при возрастании и убывании силы тока в первой катушке. Сделайте вывод.

Решение: Изменение силы тока в первичной катушке с помощью реостата также вызывает появление индукционного тока во вторичной катушке.
При уменьшении сопротивления реостата сила тока в первичной катушке возрастает. Это приводит к увеличению магнитного потока через вторичную катушку и возникновению в ней индукционного тока. Направление этого тока, согласно правилу Ленца, будет таким же, как и при замыкании цепи в предыдущем опыте (т.е. он будет создавать магнитное поле, противодействующее нарастанию внешнего потока).
При увеличении сопротивления реостата сила тока в первичной катушке убывает. Это приводит к уменьшению магнитного потока через вторичную катушку. В ней снова возникает индукционный ток, но уже противоположного направления, такого же, как при размыкании цепи (его магнитное поле будет стремиться поддержать убывающий поток).
Если не перемещать ползунок реостата, ток в первичной цепи постоянен, и индукционный ток во вторичной катушке отсутствует.
Вывод: Любое изменение силы тока в первичной катушке (как увеличение, так и уменьшение) приводит к возникновению индукционного тока во вторичной катушке. Направление индукционного тока зависит от того, возрастает или убывает ток в первичной цепи.

Ответ: При возрастании силы тока во второй катушке индукционный ток в первой имеет одно направление, а при убывании — противоположное. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения тока во второй катушке.