А.М. ГРАДОВЦЕВА,
методист, учитель гимназии № 3 им. А.Н.Островского,
г. Кинешма, Ивановская обл .

Магнитное поле. Электромагнитная индукция

Урок-практикум решения качественных задач

На доске вывешиваются рисунки к заданиям и таблица для учета ответов. На демонстрационном столе размещается оборудование для проведения опытов: два подковообразных магнита, обмотка на одном магните, демонстрационный гальванометр; катушка Томсона (дроссельная катушка в 3600 витков и сердечник с ярмом), алюминиевое и медное кольца; подковообразный магнит, длинная, сложенная вдвое проволока, гальванометр; два демонстрационных гальванометра, соединительные провода (длинные); выпрямитель на 6 В, выключатель лабораторный, лампочка на подставке на 6,3 В, модель электрического звонка, дроссельная катушка, неоновая лампочка.

I. Ход урока

I. Физический диктант (устно)
1. Явление электромагнитной индукции.
2. М.Фарадей и его опыты.
3. Правило Ленца.
4. Закон электромагнитной индукции (для неподвижного и подвижного контуров).
5. Правило левой руки.
6. Самоиндукция.
7. Индуктивность.
8. Энергия магнитного поля.
9. Тесла.
10. Правило буравчика.
11. Вебер.
12. Магнитный поток.
13. Ферромагнетики.
14. Соленоид.
15. Дроссель.

II. Решение задач. Класс делится на пять групп, каждая выбирает карточку с заданиями и обсуждает ответы на каждый вопрос. Экспериментальное задание сначала выполняют сами, а потом демонстрируют всему классу и дают объяснение.

III. Подведение итогов (в таблице на доске)

1-я группа

1. Для чего на горловину телевизионных кинескопов надевают магниты?
2. Стеклянные U-образные трубки, наполненные ртутью, соединены скобой из толстой алюминиевой проволоки. Как должны быть расположены полюсы сильного постоянного магнита, чтобы при замыкании ключа алюминиевая проволока взлетела вверх?

3. Почему иногда недалеко от места удара молнии плавятся предохранители и повреждаются чувствительные электроизмерительные приборы?
4. Опыт. Два одинаковых подковообразных магнита сложены противоположными полюсами так, как показано на рисунке. На один из магнитов надета катушка А, концы которой присоединены к гальванометру.
В момент отрывания одного магнита от другого и в момент их соединения стрелка гальванометра отклоняется (в противоположные стороны). Укажите причины отклонения стрелки гальванометра.

2-я группа

1. Для гашения электрической дуги, образующейся при размыкании больших токов, часто вблизи рубильника располагают магнит так, чтобы линии магнитной индукции были перпендикулярны возникающей дуге. Почему?
2. В кольцо из диэлектрика вдвигают магнит. Какое явление возникает?
3. Почему на заводе для переноса раскаленных болванок нельзя использовать электромагнитные краны?
4. Опыт. На железный сердечник катушки Томсона надевают алюминиевое кольцо несколько большего диаметра, чем сердечник. Кольцо держится в воздухе. Если надеть на сердечник и приближать к алюминиевому кольцу медное (не выпуская его из рук), то алюминиевое кольцо будет подниматься. Почему?

3-я группа

1. Два тонких проводника, имеющих форму окружности, расположены в перпендикулярных плоскостях так, как показано на рисунке. Будет ли в проводнике А возникать индукционный ток при изменении тока в контуре В?
2. Почему корпус компаса не делают из железа?
3. Для исследования стальных балок, рельсов и т.п. на них надевают катушку изолированной проволоки, замкнутую на гальванометр, и перемещают ее вдоль балки. При всякой неоднородности строения балки (трещины, раковины и т.п.) в гальванометре возникает ток. Объясните это явление.
4. Опыт. Концы сложенной вдвое проволоки присоединены к гальванометру. Проволока движется, пересекая линии индукции магнитного поля, но стрелка гальванометра остается на нуле. Почему?

4-я группа

1. Проволочная прямоугольная рамка падает между полюсами электромагнита. Укажите направление индукционных токов в рамке при прохождении ею положений А, В, С.

2. Почему сверхпроводящий шарик «парит» в магнитном поле?
3. В какой момент искрит рубильник: при замыкании или размыкании?
4. Опыт. Если два демонстрационных гальванометра соединить и раскачивать стрелку одного из них, то что произойдет со стрелкой другого? Почему?

5-я группа

1. В каком месте Земли магнитная стрелка обоими концами показывает на юг?
2. Почему подземный кабель, по которому подается переменный ток в жилые дома и на предприятия, не разрешается прокладывать вблизи газовых, водопроводных и теплофикационных труб?
3. При электросварке применяется стабилизатор – катушка со стальным сердечником, включаемая последовательно с дугой. Почему стабилизатор обеспечивает устойчивое горение дуги?
4. Опыт. При замыкании цепи работает электрический звонок и горит неоновая лампа, а лампа накаливания не горит. Если исключить из цепи звонок, то загорается лампа накаливания, а неоновая лампа гаснет. Почему?

Ответы

1-я группа

1. В магнитном поле на движущиеся электроны действует сила Лоренца, отклоняя их от прямолинейного движения по горизонтали или вертикали.
2. Вектор индукции должен быть направлен к читателю.
3. Изменяющееся магнитное поле молнии индуцирует в электроизмерительных приборах и в осветительных сетях сильные токи.
4. Отрывание магнитов друг от друга и их соединение связано с резким изменением магнитного потока, пронизывающего катушку, и наведением в ней ЭДС индукции.

2-я группа

1. Электроны и ионы воздуха, образующие ток в дуге, отклоняются в магнитном поле; дуга смещается в сторону и гаснет.
2. Поляризация диэлектрика.
3. При нагревании ферромагнитные материалы теряют магнитные свойства, они полностью исчезают при температуре Кюри.
4. Кольца сближаются, потому что в них наводятся индукционные токи одинакового направления.

3-я группа

1. Не будет, т.к. поток магнитной индукции контура В не пронизывает контур А.
2. Железо является ферромагнетиком, и все магнитные силовые линии пойдут через корпус, уже не оказывая влияния на стрелку.
3. Неоднородность в стальной балке создает искажения магнитного потока, а значит, в катушке дефектоскопа наводится ЭДС индукции.
4. В двух отрезках проволоки возникают равные по величине, но имеющие разный знак ЭДС индукции, которые взаимно компенсируются.

4-я группа

1. При прохождении рамкой положения А ток направлен против часовой стрелки, положения В – ток отсутствует, положения С – направлен по часовой стрелке, если смотреть на рамку справа. [Вертикальный размер рамки меньше вертикального размера магнита. – Ред.]
2. Возникают токи Фуко (вихревые индукционные токи), магнитное поле которых противодействует магнитному полю В, вызвавшему эти токи. Взаимодействуют одноименные полюсы – отталкиваются.
3. ЭДС самоиндукции, возникающая при размыкании, вызывает искру через рубильник.
4. Она также будет раскачиваться, но в противофазе, – направление отклонения стрелки второго гальванометра будет противоположно направлению отклонения стрелки первого.

5-я группа

1. На Северном полюсе.
2. [Токи утечки подземных кабелей при высокой влажности почвы обуславливают явление электролиза, которое вызывает окисление (коррозию) металла и разрушение труб. – Ред. ]
3. Действие стабилизатора основано на явлении самоиндукции. По правилу Ленца, при изменении сварочного тока в катушке возникает вихревое поле, которое препятствует изменению тока (и возрастанию, и убыванию).
4. Когда работает звонок, происходит замыкание и размыкание цепи. Вследствие возникновения при замыкании ЭДС самоиндукции, направленной против ЭДС генератора тока, и быстрого затем размыкания цепи волосок лампы накаливания не успевает разогреться. Возникающая при частом размыкании значительная по величине ЭДС самоиндукции поддерживает горение неоновой лампы. Если из цепи исключить звонок, то в цепи будеть течь постоянный ток, – загорается лампа накаливания.

Литература

Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе.
Городецкий Д.Н., Пеньков И.А. Проверочные работы по физике.
Марон В.Е., Городецкий Д.Н. Физика. Законы. Формулы. Задачи.

Тогда Α = I 2 ΔΦ = − I1 I2 μ 2 π 0 l ln5.

Проверка: [А] = Дж = Гн А2 = В с А =Дж.

Ответ: Α = − I 1 I 2 μ 2 π 0 l ln5.

Эта работа совершается за счет источника, который поддерживает ток I2 в контуре.

Пример № 4

В однородном магнитном поле с индукцией В равномерно вращается рамка, содержащая N витков, с частотой n. Площадь рамки S. Определить: мгновенное значение Э.Д.С. индукции,

соответствующее углу поворота рамки в 30° ; среднее значение ЭДС индукции за время t = T/4.

Проверка: [ E i ] = 1В =1Вб/с = 1В.

Пример № 5

Имеется длинный прямой проводник с током I0 . На расстояниях а и b от него (см. рис.) расположены два параллельных ему провода, замкнутых на одном конце сопротивлением R. По проводам без трения перемещают с постоянной скоростью V стержень-перемычку АВ.

Пренебрегая сопротивлением проводов, стержня и скользящих контактов, найти значение и направление индукционного тока в стержне.

Замкнутый контур находится в неоднородном магнитном поле и B ≠ const . Вследствие движения перемычки АВ с постоянной скоростью V в однородном магнитном поле, магнитный поток, пронизывающий контур, состоящий из сопротивления R, перемычки и двух параллельных проводов, является переменным. Для решения используем метод ДИ.

Разобьем площадь контура на столь узкие полоски шириной dx, чтобы в пределах каждой полоски магнитное поле можно было считать однородным. По закону Био-Савара-Лапласа:

μ I

В x = 2 0 π x 0 , тогда элементарный магнитный поток сквозь узкую

полоску будет равен: d Φ = Β ϑ t dx , где В – индукция магнитного поля на расстоянии х от проводника с током I0 ;

ϑ t – расстояние, на которое удалится перемычка с сопротивлением R;

х – изменяется в пределах от а до b, тогда

Ф = ∫ dФ= ∫ B*V * t *dx= μ 0 2 I π 0 Vt *lnb a .

Ответ: по перемычке ток течет от точки А к точке В.

Пример № 6

Квадратная проволочная рамка со стороной а и прямой проводник с постоянным током I лежат в одной плоскости. Индуктивность и сопротивление рамки равны L и R. Рамку повернули на угол 180° вокруг оси 001 , отстоящей от проводника с током на расстояние b. Найти заряд, протекший в рамке.

Дано Решение^

По закону Фарадея для электромагнитной индукции:

Применив метод ДИ (как в предыдущих примерах), запишем выражение для dФ.

Пример № 7

К источнику тока с ЭДС E = 0,5 В и ничтожно малым внутренним сопротивлением присоединены два металлических стержня, расположенные горизонтально и параллельно друг другу. Расстояние L между стержнями равно 20 см. стержни находятся в однородном магнитном поле, направленном вертикально. Магнитная индукция В = 1,5 Тл. По стержням под воздействием сил поля скользит со скоростью V = 1м/с прямолинейный провод АВ сопротивлением R = 0,02 Ом. Сопротивление стержней пренебрежимо мало.

Определить: 1) ЭДС индукции;

2) силу F, действующую на провод со стороны поля;

3) силу тока в цепи;

4) мощностьР 1 , расходуемую на движение провода;

5) мощность Р 2 , расходуемую на нагревание провода;

6) мощность Р 3 , отдаваемую в цепь источником тока.

АВ=L=20 см В = 1,5 Тл; V = 1м/с

1) E i = ?

2) F А =?

3) I цепи.=?

4) P 1 =?

5) P 2 =?

6) P 3 =?

Контур с током находятся в однородном магнитном поле, но из-за того, что изменяется площадь контура, его, пронизывает переменный магнитный поток.

Выразим элементарный магнитный поток: d Φ = Β ds cos00 = Β ϑ L dt .

По закону Фарадея для ЭМИ найдем ЭДС индукции:

Ε i = − d Φ dt = −Β ϑ L , так как dФ/dt >0, то Ii – индукционный ток противонаправлен току батареиΙ i = − E R i ;

На движение провода расходуется мощность: P 1 = Ι Ε i = (Ι−Ι i ) Ε i =3Вт;

По определению на нагревание провода расходуется мощность:

P 2 = Ι0 (Ε−Εi ) =(Ιб −Ιi )(Ε−Εi ) =10 0,2=2Вт;

Пример № 8

По двум гладким медным шинам, установленным под углом α к горизонту, скользит под действием силы тяжести медная перемычка массой m. Сверху шины замкнуты на конденсатор емкости C. Расстояние между шинами l. Система находится в однородном магнитном поле с индукцией В, перпендикулярном плоскости, в которой перемещается перемычка.

Сопротивление шин, перемычки и скользящих контактов, а также самоиндукции контура, пренебрежимо малы. Найти ускорение перемычки.

Дано: Решение:

α Изменение магнитного потока через контур обусловлено движением перемычки.

перемычка массой m. На перемычку действуют: сила тяжести F Т = mg и сила Архимеда:

Пример № 9

В вертикальной плоскости подвешено на двух нитях медное кольцо (см. рис.). В него один раз вдвигается ненамагниченный стальной стержень, другой раз магнит. Влияет ли вдвижение стержня и магнита на положение кольца?

Ответ: Движение стального ненамагниченного стержня на положение кольца не влияет. При движении магнита в кольце согласно правилу Ленца возникает индукционный ток, поле которого препятствует перемещению магнита. Магнит в свою очередь с такой же силой действует на кольцо, и оно отклоняется от вертикального положения в ту сторону, в которую движется магнит.

Пример № 10

Сквозь отверстие катушки падает прямой магнит. С одинаковыми ли ускорениями он движется при замкнутой и разомкнутой обмотках катушки? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Ответ: При падении магнита сквозь катушку в ней возбуждается ЭДС индукции и возникает индукционный ток. Направление этого тока согласно правилу Ленца таково, что магнитное поле, создаваемое им, взаимодействуя с полем падающего магнита, препятствует его движению. Поэтому падение магнита при замкнутой обмотке катушки будет происходить с ускорением меньшим, чем ускорение свободного падения.

Пример № 11

Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки, а не в виде прямолинейного провода?

Ответ: В катушке возникает большая Э.Д.С., т.к. Э.Д.С. индукции пропорциональна длине проводника, движущегося в магнитном поле, то есть пропорциональна числу витков катушки.

Пример № 12

На тороид с железным сердечником надето медное широкое кольцо. По виткам тороида пропускают постоянный ток, а кольцо поворачивают и перемещают произвольным образом, не снимая с тороида. Будет ли индуцирован ток в тороиде?

Ответ: Магнитное поле целиком сосредоточено в тороиде, и при любом положении кольца магнитный поток, пронизывающий его, изменяться не будет. Поэтому ток в кольце индуцироваться не будет.

Пример № 13

Концы сложенной вдвое проволоки присоединены к гальванометру. Проволока движется, пересекая линии индукции магнитного поля. Что показывает гальванометр?

Ответ: Гальванометр показывает 0, т.к. в двух частях проволоки возникают равные по величине, но противоположные по знаку Э.Д.С. индукции, которые взаимно компенсируются.

Пример № 14

Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле вокруг оси, параллельной вектору индукции магнитного поля. Будет ли в ней возникать индукционный ток?

Ответ: Нет, не будет, т.к. при любом положении рамки поток магнитной индукции сквозь нее равен нулю.

Пример № 15

Объясните явление, описанное Э.Х. Ленцем: "Искра при открытии цепи является сильнее тогда, когда употребляют для закрытия длинную проволоку, нежели короткую, хотя самый ток в первом случае бывает слабее по причине худой проводимости длинной проволоки. Искра при открытии цепи будет сильнее, когда длинную проволоку наматывают на цилиндр в виде спирали, а еще сильнее, когда цилиндр будет железный".

Ответ: Индуктивность длинной проволоки больше, чем короткой; а индуктивность соленоида больше, чем прямого проводника. Наибольшая индуктивность у соленоида с ферромагнитным сердечником.

Пример № 16

К батарее аккумуляторов присоединены параллельно две цепи: одна содержит лампы накаливания, другая - большой электромагнит. Величина тока в обеих цепях одна и та же. При размыкании какой из цепей будет наблюдаться более сильная искра?

Ответ: Более сильная искра будет наблюдаться при размыкании электромагнита, у которого индуктивность больше, чем у ламп.

Поле в веществе

Занятие № 23

Тема: Электростатическое поле в диэлектрике

Основные формулы

1. Электроемкость плоского конденсатора, заполненного диэлектриком:

где ε – диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между обкладками конденсатора;ε 0 – электрическая постоянная;

d – расстояние между обкладками (толщина слоя диэлектрика);

S – площадь обкладки конденсатора.

2. Электроемкость плоского конденсатора, заполненного n слоями диэлектрика, толщиной d i каждый с диэлектрическими проницаемостямиε i (слоистый конденсатор, слои

Если сфера полая и заполнена диэлектриком, то электроемкость ее рассчитывается по формуле (3).

4. Электроёмкость сферического конденсатора (две концентрические сферы радиусами R 1 иR 2 , пространство между которыми заполнено диэлетриком с диэлектрической проницаемостьюε ):

C = 4 πεε 0R 1R 2/(R 2− R 1)

5. Электроёмкость циллиндрического конденсатора (два коаксиальных цилиндра длиной l и радиусамиR 1 иR 2 , пространство между которыми заполнено диэлетриком с диэлектрической проницаемостьюε ) :

C = 2πεε 0 l / ln(R 2 /R 1 )

6. Теорема Гаусса для поля вектора D интегральной форме записи:

∫ D dS= ∑ Qi

где D – вектор электрического смещения,

Q i – алгебраическая сумма свободных электрических зарядов, заключенных внутри замкнутой поверхности S ;

7. В дифференциальной форме записи:

divD = ρ , divE= 0

где ρ – объемная плотность стороннего (свободного) заряда в данной точке.

8. Теорема Гаусса для поля вектора Р :

∫ P dS= − Qсвязи

Q связ – избыточный связанный заряд диэлектрика в объеме, охватываемом, поверхностьюS .

9. В дифференциальной форме:

divP = − ρ ′

10. Формула связи между Р иЕ для изотропного диэлектрика:

P = αε 0 E

где Р – вектор поляризованности диэлектрика;

Е – напряженность поля в диэлектрике;

α – диэлектрическая восприимчивость вещества (α > 0).

11. Формула связи между D ,Е ,E n иD τ претерпевают скачок. На границе раздела 2-х диэлектриков линии этих векторов испытывают излом:

Методические указания к решению задач

При рассмотрении электростатического поля в диэлектриках удобнее использовать теорему Гаусса для поля вектора D:

∑ q i – сумма свободных зарядов внутри поверхностиS ; P вектор поляризовонности.

i= 1

Напряжённость поля (электрического) в диэлектрике является векторной (геометрической) суммой напряжённостей полей свободных – Е 0 и связанных –Е зарядов.

Поверхностная плотность связанных зарядов:

находят вектор Е и его модуль в диэлектрике, а затем по формуле связи междуЕ иϕ можно рассчитать потенциалϕ . Но этот метод иногда оказывается неприменим, тогда следует

применять 2-ой метод.

Контрольная работа № 1 по теме «Электрический ток в различных средах » Контрольная работа № 2 по теме «Магнитное поле тока » Контрольная работа № 3 по теме «Электромагнитная индукция » Контрольная работа № 4 по теме «Свободные колебания » Контрольная работа № 5 по теме «Переменный ток » Контрольная работа № 6 по теме «Механические волны » Контрольная работа № 7 по теме «Электромагнитные волны » Контрольная работа № 8 по теме «Геометрическая оптика » Контрольная работа № 9 по теме «Световые волны » Контрольная работа № 10 по теме «Световые кванты . СТО » Контрольная работа № 11 по теме «Строение атома » Контрольная работа № 12 по теме «Атомное ядро »

Ø по изданию:

А. В.Авдеева, А. Б.Долицкий “Физика. Тематическое планирование к учебникам под редакцией Г. Я.Мякишева в 5 томах М., “Дрофа”, 2005г.

Ø там же см. ответы задач контрольных работ

Контрольная работа 1 по теме

«Электрический ток в различных средах»

Вариант 1

1. В вакуумном диоде электрон подлетает к аноду со скоростью V = 8 Мм/с. Определить анодное напряжение, полагая начальную скорость электро-на равной нулю.

2.Концентрация электронов проводимости в германии за счет введения примесей составляет п = 1016 м-3. Какую часть составляет число электронов проводимости от общего числа атомов? Плот-ность германия ρ = 5,4 103 кг/м3, молярная масса М = 0,073 кг/моль. Перечислить, атомы каких эле-ментов могли бы быть введены в качестве донорных примесей в кристалл германия.

3.По каким свойствам можно различить метал-лический и полупроводниковый резисторы?

4.Сколько минут длилось никелирование, если на изде-лие осел слой никеля массой

т = 1,8 г, а процесс никелиро-вания проводился при силе то-ка I = 2 А?

5. Какова чувствительность п электронно-лучевой трубки к напряжению, т. е. значение отклонения пятна на экране, вызванного разностью по-тенциалов на отклоняющих пластинах в 1 В? Длина управляющих пластин l , расстояние между ними d , расстояние от конца пластин до экрана L (рис. 1), ус-коряющее напряжение U 0 .

Вариант 2

1. Сколько секунд длилось посеребрение детали, если при силе тока I = 10 А масса осевшего серебра составила т == 2,24 г? Электрохимический эквива-лент серебра k = 1,12 мг/Кл.

2. Расстояние между катодом и анодом вакуум-ного диода равно / = 2 мм. За какое время t проле-тает это расстояние электрон при анодном напря-жении U = 350 В? Движение считать равноуско-ренным без начальной скорости.

3. Концентрация дырок в германии за счет вве-дения примеси составляет п = 1018 м-3. Какую часть от общего числа атомов в кристалле германия составляют дырки? Плотность германия равна ρ = 5,4 103 кг/м3. Перечислить вещества, которые могли бы быть введены в кремний в качестве ак-цепторной примеси.

4. Почему полупроводниковые электронные уст-ройства с примесной проводимостью имеют темпе-ратурные ограничения при эксплуатации?

5. Управляющие пластины в электронно-луче-вой трубке образуют плоский конденсатор. Рас-стояние между пластинами 10 мм, длина пластин 50 мм. Электроны влетают в конденсатор посереди- не параллельно пластинам со скоростью 2 107м/с. На пластины подают разность потенциалов 50 В. На какое расстояние от первоначального направле-ния движения сместятся электроны к моменту вы-лета из конденсатора?

Контрольная работа 2 по теме

«Магнитное поле тока»

Вариант 1

V =

В = 0,1 Тл под углом а = 60°. По какой траектории движется электрон? Почему? Определить параметры траек-тории.

2. Проводящий горизонтальный стержень под-вешен на двух тонких проводниках в магнитном поле, вектор индукции которого направлен верти-кально вниз и равен

В = 1 Тл. Длина стержня I = 1 м, масса т = 10 г, длина проводов 1 = 1 м.

К точкам закрепления проводов подключен кон-денсатор емкостью С = 100 мкФ, заряженный до напряжения U = 100 В. Определить максимальный угол α отклонения стержня от положения равнове-сия после разрядки конденсатора, считая, что раз-ряд происходит за очень короткое время (аналог баллистического маятника).

3. Заряженная частица массой т и зарядом q , пройдя разность потенциалов U , влетает в плоский конденсатор параллельно его пластинам. Расстоя-ние между пластинами d , разность потенциалов Δφ . Конденсатор находится в однородном магнит-ном поле. Какова должна быть индукция В магнит-ного поля, чтобы скорость частицы не изменилась?

4. Два одинаковых круговых витка с общим центром расположены во взаимно перпендикуляр-ных плоскостях. Когда сила тока в витках одинако-ва, индукция магнитного поля в центре витков рав-на B о. Найти индукцию магнитного поля в той же точке, когда ток течет лишь по одному проводнику.

5. По двум параллельным проводникам идут то-ки противоположного направления. Считая один из проводников источником магнитного поля, другой - индикатором, указать направления сил, действующих на проводники.

Вариант 2

1. Электрон влетает со скоростью V = 2000 км/с в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,001 Тл под углом α = 30°. По какой траектории движется электрон? Определить ее параметры.

2. По жесткому кольцу из медной проволоки те-чет ток. Кольцо находится в перпендикулярном к его плоскости магнитном поле с индукцией 0,5 Тл. Сила Ампера стремится растянуть кольцо. Определить механическое напряжение в проволо-ке, если радиус кольца 5 см, площадь сечения про-волоки 3 мм2, сила тока 5 А.

3. Пучок однозарядных ионов проходит «фильтр скоростей». Это прибор, внутри которого созданы однородные поля: магнитное и электрическое. Поля направлены перпендикулярно друг другу (рис. 1). В «фильтре скоростей» Е = 500 В/м и

В = 0,1 Тл. Затем пучок попадает в область одно-родного магнитного поля с индукцией

В1 = 60 мТл. Ионы движутся под прямым углом к направлению вектора В1. На каком расстоянии друг от друга ока-жутся ионы двух различных изотопов неона с отно-сительной атомной массой 20 и 22, пройдя полови-ну окружности?

4. По двум одинаковым круглым металлическим обручам идут одинаковые токи (рис. 2). Один из обручей расположен вертикально, другой - горизон-тально. Определить направление вектора магнит-ной индукции в общем центре обручей.

5. По двум параллельным проводникам идут то-ки одного направления. Считая один из проводни-ков источником магнитного поля, другой - инди-катором, указать направления сил, действующих на проводники.

Контрольная работа 3 по теме

«Электромагнитная индукция»

Вариант 1

1. Замкнутый проводник сопротивлением R = 3 Ом находится в магнитном поле. В результате изменения индукции магнитного поля В магнит-ный поток Ф через контур возрос от Ф1 = 0,0002 Вб до Ф2 = 0,0005 Вб. Какой заряд Δq прошел через поперечное сечение проводника?

2. Металлический стержень, не соединенный с другими проводниками, движется в магнитном поле. Почему, несмотря на возникновение ЭДС ин-дукции, в стержне не идет ток?

3. Указать направления тока в катушках при из-менении положения ключа (рис. 1).

4. В катушке индуктивностью L = 0,6 Гн сила тока / = 20 А. Какова энергия магнитного поля катушки? Как она изменится при уменьшении си-лы тока в 2 раза? Какая

ЭДС самоиндукции воз-никнет в катушке, если изменение силы тока в ней от нуля до 20 А про-изошло за время Δ t = 0,001 с?

Вариант 2

1. В витке, выполненном из алюминиевого про-вода длиной 10 см и площадью поперечного сече-ния 1,4 мм2, скорость изменения магнитного пото-ка 10 мВб/с. Найти силу индукционного тока.

2. Концы сложенной вдвое проволоки присоеди-нены к гальванометру. Проволока движется, пере-секая силовые линии магнитного поля, но стрелка гальванометра остается на нуле. Чем это можно объяснить?

3. Указать направления тока в катушках при изме-нении положения ключа (рис. 1).

4. Сила тока в катушке уменьшилась с 12 до 8 А. При этом энергия магнитного поля катушки уменьшилась на 2 Дж. Какова индуктивность ка-тушки? Какова энергия ее магнитного поля в обо-их случаях?

вариант I вариант II

Контрольная работа 4 по теме

«Свободные колебания»

Вариант 1

1. Материальная точка массой т = 100 г совер-шает колебания по закону

х = 0,1 sinπ (0,8 t + 0,5). Написать уравнения для скорости и ускорения этой точки, найти максимальную силу, действующую на нее, ее полную механическую энергию. Если

1. Собственные колебания в контуре происходят по закону i = 0,01 cos 1000 t

3. Колебательный контур состоит из катушки с индуктивностью 0,2 Гн и конденсатора емкостью 10 мкФ. В момент, когда напряжение на конденса-торе равно 1 В, сила тока в контуре равна 0,01 А. Какова максимальная сила тока в контуре и максимальное напряжение на конденсаторе?

4. Конденсатору колебательного контура был со-общен заряд 10~4 Кл, и в контуре начались свобод-ные затухающие колебания. Зная, что емкость кон-денсатора равна

0,01 мкФ, найти количество теп-лоты, которое выделится в контуре к моменту,

Когда колебания полностью прекратятся.

Вариант 2

1. Материальная точка массой т = 200 г совершает колебания по закону

х = 0,1 cos π (t + 0,5). На-писать уравнения для скорости и ускорения этой точки, найти максимальную силу, действующую на нее, ее полную механическую энергию. Если

Сказанное относится к математическому маятнику, то какова его длина? Если к грузу на пружине, то какова жесткость пружины?

2. Собственные колебания в контуре протекают по закону i = 0,01 cos 4000 t . Каковы параметры процесса? Какова индуктивность контура, если ем-кость его конденсатора

10 мкФ? Сколько энергии накоплено в контуре? Какова амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе?

3. Два параллельно соединенных конденсатора имеют одинаковую емкость 10 мкФ каждый. Бата-рею конденсаторов, заряженную от источника посто-янного напряжения 200 В, подключают к катушке индуктивностью 8 мкГн. Какова максимальная сила тока в контуре? Определить силу тока в контуре в момент, когда напряжение на батарее конденсато-ров 100 В.

4. При увеличении емкости конденсатора коле-бательного контура на 0,08 мкФ частота колебаний уменьшилась в 3 раза. Найти первоначальную ем-кость конденсатора. Индуктивность катушки оста-лась прежней.

Контрольная работа 5 по теме

«Переменный ток»

Вариант 1

1. В цепь переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц включены последовательно кон-денсатор емкостью 35,4 мкФ, проводник сопротив-лением 100 Ом и катушка индуктивностью 0,7 Гн. Найти силу тока в цепи и падение напряжения на конденсаторе, проводнике и катушке. При какой частоте в этой цепи будет наблюдаться резонанс?

2. Через параллельно соединенные резистор со-противлением 200 Ом и конденсатор емкостью 5 мкФ течет переменный ток с циклической часто-той 103с-1. Амперметр А1 (рис. 1) показывает силу тока 1 А. Найти показания амперметра А2.

3. По двухпроводной линии передается мощ-ность 100 МВт при коэффициенте мощности 0,87 и сопротивлении линии 8 Ом. При каком напря-жении передается электроэнергия, если потери мощности составляют 2% ?

4. Первичная обмотка трансформатора находится под напряжением U 1 = 120 В и при силе то-ка /1= 0,5 А. Вторичная обмотка питает лампу накала током силой /2 = 3 А при напряжении

U 2 = 10 В. Коэффициент полезного действия транс-форматора равен η= 0,7. Найти сдвиг фазы в пер-вичной обмотке.

Вариант 2

1. Каковы показания измерительных приборов в цепи (рис. 1), если на вход подается синусоидаль-ное напряжение с амплитудой Um = 147 В и часто-той ν = 400 Гц, R = 100 Ом,

L = 1 Гн, С = 1 мкФ. Чему равна резонансная частота цепи? Что пока-жут приборы, если вынужденная частота равна ре-зонансной?

2. В цепи переменного тока (рис. 2) показания первого и второго вольтметров соответственно рав-ны 12 и 9 В. Каково показание третьего вольтметра?

3. Двигатель переменного тока потребляет мощ-ность 880 Вт при напряжении 220 В и коэффициен-те мощности 0,8. Определить силу тока, потребляе-мого двигателем.

4. Через замкнутый сердеч-ник понижающего трансформа-тора пропущен провод, концы

Которого присоединены к вольт-метру. Вольтметр показывает 0,5 В. Сколько витков имеют

Обмотки трансформатора, если напряжение изменилось с 220 В на входе до 12 В на выходе трансформатора?

_______________________________________________________________________________

вариант I

вариант II

Контрольная работа 6

по теме «Механические волны»

Вариант 1

1. Два когерентных источника звука колеблют-ся в одинаковых фазах. В точке отстоящей от пер-вого источника на расстояние r 1 = 2 м, а от второ-го - на r 2 = 2,5 м, звук не слышен. Определить частоту v колебаний источников. Принять V = 340 м/с.

2. Расстояние до преграды, отражающей звук, l = 68 м. Через какой промежуток времени Δ t чело-век услышит эхо? Скорость звука принять равной V = 340 м/с.

3. На поверхности воды распространяется волна со скоростью V = 2,4 м/с при частоте колебаний вибратора п = 10 Гц. Какова разность фаз в точках, отстоящих от вибратора на расстояния б, 12, 24 и 48 см?

Вариант 2

1. Два когерентных источника звука колеблются в одинаковых фазах. В точке, отстоящей от первого источника на расстояние r г = 2,5 м, а от второго - на r 2 = 3 м, слышен самый громкий звук. Опреде-лить частоту ν колебаний источников. Скорость звука принять равной V = 340 м/с.

2.При измерении глубины моря под кораблем при помощи эхолота оказалось, что моменты от-правления и приема ультразвука разделены проме-жутком времени 0,6 с. Какова глубина моря под кораблем? Скорость звука в воде принять равной 1400 м/с.

3.Волны распространяются со скоростью 360 м/с при частоте, равной 450 Гц. Чему равна разность фаз двух точек, отстоящих друг от друга на 20 см? На каком расстоянии находятся точки, разность фаз между которыми равна π/2, π, 2π ?

Контрольная работа 7

по теме «Электромагнитные волны»

Вариант 1

1. Перемещая перед генератором электромагнит-ных волн металлический лист, получили стоячую волну. Расстояние между центрами двух смежных пучностей равно / = 15 см. Определить частоту ν ге-нератора.

2. Радиолокатор работает на волне λ = 15 см и дает п = 4000 импульсов в секунду. Длительность каждого импульса τ = 2 мкс. Сколько колебаний N содержится в каждом импульсе и какова наи-большая глубина L разведки локатора?

3. Радиопередатчик работает на частоте 6 МГц. Сколько волн укладывается на расстоянии 100 км по направлению распространения радиосигнала?

Вариант 2

1. Перемещая перед генератором электромагнит-ных волн металлический лист, получили стоячую волну. Расстояние между центрами двух смежных узлов равно / = 1,5 см. Определить частоту ν гене-ратора.

2. Радиолокатор работает на волне λ, = 10 см и дает п = 5000 импульсов в секунду. Длительность каждого импульса τ = 1 мкс. Сколько колебаний N содержится в каждом импульсе и какова мини-мальная дальность L обнаружения цели?

3.Определить длину λ электромагнитной волны в воздухе, излучаемую передатчиком,

работаю-щим на частоте ν = 75 МГц.

Контрольная работа 8

по теме «Геометрическая оптика»

Вариант 1

1. Определить абсолютный показатель преломле-ния и скорость распространения света в слюде, ес-ли при угле падения светового пучка 54° угол пре-ломления 30°.

2. Поместив предмет высотой 2 см перед соби-рающей линзой на расстоянии 2,5 см от нее, на эк-ране получили изображение высотой 8 см. Опреде-лить увеличение линзы, фокусное расстояние, оп-тическую силу линзы и расстояние от линзы до экрана. Построить схему хода лучей и указать, ка-кое изображение дает линза.

3. На дне водоема глубиной 4 м находится точеч-ный источник света. На поверхности воды плавает круглый диск, так что центр диска находится над источником света. При каком минимальном диа-метре диска ни один луч света не выйдет на поверх-ность воды?

4. Объектив фотоаппарата состоит из двух линз. Рассеивающая линза с фокусным расстоянием 50 мм расположена на расстоянии 45 см от пленки. Где должна находиться собирающая линза с фокус-ным расстоянием 80 мм, чтобы на пленке получа-лись резкие изображения удаленных предметов?

5. Как изменится изображение, полученное на экране при помощи собирающей линзы, если за-крыть рукой верхнюю половину линзы?

Вариант 2

1.Перед линзой с оптической силой 2,5 дптр на расстоянии 30 см находится предмет высотой 20 см. Определить фокусное расстояние линзы, расстояние от линзы до изображения предмета, вы-соту изображения. Построить ход лучей в линзе и охарактеризовать изображение.

2. В алмазе свет распространяется со скоростью 1,22 108 м/с. Определить предельный угол полно-го внутреннего отражения света в алмазе при пере-ходе светового пучка из алмаза в воздух.

3. Если смотреть сверху на неглубокий водоем с чистой водой, то дно хорошо видно, однако глуби-на водоема кажется меньшей, чем она есть в дейст-вительности. Во сколько раз?

4.Со спутника, летящего на высоте 150 км, фо-тографируют ночной город. Разрешающая способ-ность пленки (наименьшее расстояние между двумя точками, когда их изображения не сливают-ся) равна 0,01 мм. Фокусное расстояние объектива

10 см. Каким должно быть расстояние между улич-ными фонарями, чтобы их изображения на снимке получились раздельными? Оценить время экспози-ции, при котором движение спутника не приводит к заметному размыванию изображения, т. е. раз-мытость контуров изображения на пленке не пре-вышает 50 мкм.

5.Что можно сказать об угловом и линейном увеличении изображения предмета, полученного с помощью телескопа?

Контрольная работа 9

по теме «Световые волны»

Вариант 1

1. Определить длину световой волны, если в диф-ракционном спектре ее линия второго порядка сов-падает с положением линии спектра третьего по-рядка световой волны 400 нм.

2. Два одинаковых когерентных источника мо-нохроматического света находятся на расстоянии 14 мкм друг от друга и на расстоянии 2 м от экрана каждый. Найти длину волны света от источников, если расстояние между вторым и третьим максиму-мами на экране 8,7 см.

3. Почему только достаточно узкий световой пу-чок дает спектр после прохождения сквозь призму, а у широкого пучка окрашенными оказываются только края?

Вариант 2

1. При дифракции монохроматического излуче-ния на дифракционной решетке, имеющей 100 штрихов на 1 мм, максимум первого порядка полу-чается на расстоянии 10 см от нулевого максимума. Определить длину волны излучения, если расстоя-ние от решетки до экрана 2 м.

2. В опыте Юнга отверстия освещались монохро-матическим светом с длиной волны 600 нм. Рас-стояние между отверстиями 1 мм, расстояние от от-верстий до экрана 3 м. Найти положение двух пер-вых светлых полос.

3.На тетради написано красным карандашом «отлично» и зеленым «хорошо». Имеются два стекла - зеленое и красное. Через какое стекло на-до смотреть, чтобы увидеть слово «отлично»?

Контрольная работа 10

по теме «Световые кванты . СТО»

Вариант 1

1. Два электрона движутся в противоположные стороны со скоростью 0,8с относительно неподвиж-ного наблюдателя. С какой скоростью движутся электроны относительно друг друга?

2. Найти энергию, массу и импульс фотона, если соответствующая ему длина волны равна

3.Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какова частота света, если максимальная скорость фотоэлектронов равна 0,72 Мм/с?

4. При облучении графита рентгеновскими луча-ми длина волны излучения, рассеянного под углом 45°, оказалась равной 10,7 пм. Какова длина волны падающих лучей?

5. На поверхность тела площадью 1 м2 падает за 1 с 105 фотонов с длиной волны 500 нм. Определить световое давление, если все фотоны поглощаются телом.

Вариант 2

1. Собственная длина стержня равна 1 м. Опре-делить его длину для наблюдателя, относительно которого стержень перемещается со скоростью 0,6с, направленной вдоль стержня.

2. С какой скоростью должен двигаться элект-рон, чтобы его импульс был равен импульсу фотона с длиной волны, равной 250 нм; чтобы его энергия была равна энергии фотона с длиной волны, равной 250 нм?

3.Найти постоянную Планка, если фотоэлектро-ны, вырываемые с поверхности металла светом с частотой 1,2·1015Гц, задерживаются напряже-нием 3,1 В, а вырываемые светом с длиной волны 125 нм - напряжением 8,1 В.

4.Длина волны рентгеновских лучей после комптоновского рассеяния увеличилась на 0,3 пм. Найти угол рассеяния.

5.На поверхность тела площадью 1 м2 падает за 1 с 105 фотонов с длиной волны 500 нм. Определить све-товое давление, если все фотоны отражаются телом.

Контрольная работа 11 по теме

«Строение атома»

Вариант 1

1. Описать опыт Резерфорда. Каковы результаты этого опыта?

2. Какую минимальную скорость должны иметь электроны, чтобы перевести ударом атом водорода из первого энергетического состояния в пятое?

3. Определить радиус и скорость электрона пер-вой орбиты в атоме водорода.

Вариант 2

1. Чем отличается модель строения атома, пред-ложенная Бором, от модели атома Резерфорда? Ка-кие трудности модели Резерфорда решил Бор?

2. Найти наибольшую длину волны в ультрафи-олетовом спектре водорода.

3. Определить кинетическую, потенциальную и полную энергию электрона на орбите радиусом 2,12 ·10-10м.

Контрольная работа 12 по теме

«Атомное ядро»

Вариант 1

1. Имеется 4 г радиоактивного кобальта. Сколь-ко граммов кобальта распадется за 216 сут, если его период полураспада 72 сут?

2. Дополнить ядерную реакцию

3.Каково правило смещения при α-распаде? В какое ядро превращается торий при трех последовательных α-распадах?

4.Какая энергия выделится при образовании яд-ра атома из свободных нуклонов, если массы покоя mp=1,00728 а. е. м., mn = 1,00866 а. е. м., mя = 3,01602 а. е. м.?

5. Определить энергетический выход ядерной ре-акции,

если энергия связи ядра атома Ве 56,4 МэВ, изотопа лития 39,2 МэВ, дей-терия 2,2 МэВ.

6. Мощность первой в мире советской АЭС 5000 кВт при КПД 17%. Считая, что при каждом акте распада в реакторе выделяется 200 МэВ энер-гии, определить расход 235U в сутки.

Вариант 2

1. Имеется 8 кг радиоактивного цезия. Опреде-лить массу нераспавшегося цезия после 135 лет ра-диоактивного распада, если его период полураспа-да 27 лет.

2. Дополнить ядерную реакцию

3. Каково правило смещения при β-распаде? Ка-кой изотоп образуется из радиоактивного изотопа после четырех последовательных β-распадов?

4. Определить энергию связи ядра атома , если mp = 1,00728 а. е. м., тп = 1,00866 а. е. м.,

тя = 7,01601 а. е. м.

5. Определить энергетический выход ядерной ре-акции,

если энергия связи ядра атома 7,7 МэВ, ядра атома дейтерия 2,2 МэВ.

6. Сколько ядер атомов 235U должно делиться в 1 с, чтобы мощность ядерного реактора была рав-на 3 Вт?

А так ли хорошо знакома вам электромагнитная индукция? // Квант. - 1989. - № 6. - С. 40-41.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Надежда получить электричество при помощи
обыкновенного магнетизма в разные времена
побуждала меня экспериментально изучить
индуктивное действие электрических токов.
М. Фарадей

Всю свою жизнь Фарадей посвятил доказательству того, что ни один происходящий в природе электрический или магнитный процесс не протекает изолированно. Глубокая вера Фарадея во взаимосвязь всех сил природы привела его после многолетних неудач к уникальному открытию.

Новый эффект, как это часто случается, обнаруживался затем во множестве внешне различных явлений, объединенных, однако одним качественным выводом: переменные магнитные поля возбуждают поля электрические. Именно на этом принципе основано действие всех существующих электрических машин. Именно открытие Фарадея предоставило возможность преобразования механической энергии в электрическую, передачи энергии иа расстояние и тем самым легло в фундамент современной технической цивилизации.

Работы Фарадея и его выдающихся современников позволили шаг за шагом создать единую картину электромагнетизма.

При изучении этого раздела физики вы не только объясните известные вам факты и наблюдения, но и сможете разобраться с электромагнитными явлениями как космических, так и микроскопических масштабов.

Вопросы и задачи

1. Как двигать магнит, чтобы повернуть стрелку северным полюсом к наблюдателю?

   

2. Горизонтальная круглая рамка находится в магнитном поле, направленном вертикально вверх. Каким будет направление индукционного тока при наблюдении рамки сверху, если поле уменьшается со временем?
3. При каких положениях рамки, вращающейся с постоянной скоростью у прямолинейного проводника с током, возникающая в ней ЭДС будет наибольшей? наименьшей?

   

4. В короткозамкнутую катушку сначала быстро, а затем медленно вдвигают магнит. Одинаковый ли заряд переносится при этом индукционным током? Одинаковое ли количество теплоты выделяется в катушке?
5. Как будет падать магнит в длинной медной трубке? Сопротивлением воздуха пренебречь.
6. Концы сложенной вдвое проволоки присоединены к гальванометру. Почему стрелка прибора остается на нуле, когда проволока пересекает линии индукции магнитного поля?
7. На вертикально расположенной катушке лежит металлическая монета. Почему она нагревается, когда по катушке течет переменный ток, и остается холодной - при постоянном?
8. По прямолинейному проводнику течет ток высокой частоты. Как изменится сопротивление этого проводника, если ему придать форму соленоида?
9. Проводник АВ движется так, что по нему идет ток от точки А к точке В . В какой из этих точек потенциал выше?

   

10. Два одинаковых самолета летят горизонтально с одинаковыми скоростями, один - вблизи экватора, другой - у полюса. У какого из них возникает большая разность потенциалов на концах крыльев?

    

11. Ротор работающего электрогенератора испытывает торможение. Какова природа сил, вызывающих это торможение?
12. Два круговых проводника расположены перпендикулярно друг к другу. Возникнет ли индукционный ток в проводнике А при изменениях тока в контуре В ?

    

13. Кольцо из сверхпроводника находится вблизи постоянного магнита и пронизывается магнитным потоком Ф. Тока в кольце нет. Каким будет магнитный поток через это кольцо, если убрать магнит?

Микроопыт

Подвесьте подковообразный магнит на нитке над диском из алюминиевой фольги, способным вращаться вокруг оси, проходящей через его центр. Если раскрутить магнит, то диск начнет вращаться. В какую сторону. Почему?

Любопытно, что…

В новейших типах электрических машин отсутствуют какие-либо механические подвижные части. В так называемом МГД (магнитогидродинамическом) - генераторе вместо проволочного проводника между полюсами магнита движется плазма, образовавшаяся при сгорании нефти или газа. Носители заряда в плазме отклоняются магнитным полем к электродам, и во внешней цепи возникает ток.

Фарадей годами носил в жилетном кармане маленький полосной магнит и проволочную катушку как постоянное напоминание о нерешенной проблеме порождения магнитным полем электрического тока.

Вихревые индукционные токи (токи Фуко) могут, как и трение, быть не только вредными, но и полезными. Всего лишь три примера: индукционные печи для нагрева и даже плавления металлов, «магнитное успокоение» в измерительных приборах и циркулярных пилах и... всем известный счетчик электрической энергии.

Самостоятельно придя к идее электромагнитного вращения, Фарадей с помощью ртутного контакта осуществил непрерывное вращение магнита вокруг проводника с током. Этот первый электродвигатель заработал в декабре 1821 года.



Правило Ленца, определяющее направление индукционного тока, было сформулировано почти сразу после открытия Фарадея - в 1833 году. Сегодня яркое проявление этого правила можно наблюдать в школьной лаборатории, поместив сверхпроводящую керамическую таблетку над магнитом: она будет «парить» над ним.



Что читать в «Кванте» об электромагнитной индукции

1. «Электромагнитная индукция и принцип относительности» - 1987, № 11;
2. «Пути электромагнитной теории» - 1988, № 2;
3. «Правило Ленца» - 1988, № 5;
4. «Сверхпроводимость: история, современные представления, последние успехи» - 1988, № 6;
5. «Сила Лоренца и эффект Холла» - 1989, № 3.

Ответы

1. Вдвинуть в катушку.
2. Против часовой стрелки.
3. ЭДС индукции будет иметь наименьшее значение, когда рамка оказывается в плоскости, проходящей через провод, наибольшее - когда рамка перпендикулярна к этой плоскости.
4. Нет, так как поток магнитной индукции контура В не пронизывает контур А .
5. Одинаковый. Нет, поскольку количество теплоты пропорционально скорости движения магнита.
6. При движении магнита в трубке возникает ЭДС индукции, которая порождает магнитное поле, препятствующее свободному падению магнита.
7. Наряду с обычным трением тормозят ротор и амперовы силы, действующие на него со стороны магнитного поля статора.
8. У самолета, летящего вблизи полюса.
9. В двух половинах проволоки возникают равные по величине, но противоположные по знаку ЭДС индукции, которые взаимно компенсируются.
10. В точке В , так как на участке ВСА , где отсутствуют источники ЭДС, ток идет от В к А .
11. При переменном токе в монете возникают вихревые токи, при постоянном - нет.
12. Увеличится.
13. Поскольку сопротивление кольца равно нулю, то и суммарная ЭДС в нем всегда должна быть равна нулю. Это может быть только в том случае, если изменение полного магнитного потока через кольцо равно нулю. Следовательно, при удалении магнита созданный индукционным током магнитный поток сохранится равным Ф.

Микроопыт

Переменное магнитное поле вращающегося магнита возбуждает в диске индукционные вихревые токи, направленные так, что создаваемое ими магнитное Поле тормозит движение магнита. По третьему закону Ньютона равная и противоположно направленная сила действует на диск и увлекает его вслед за магнитом.

При использовании материалов этого сайта - и размещение баннера -ОБЯЗАТЕЛЬНО!!!

Урок по физике для 10 класса на тему: «Электромагнитная индукция»

Разработку урока по физике для 10 класса подготовила: Ирина Денисова, учитель физики, email: [email protected]

Цель:

• продолжить формирование знаний о явлении электромагнитной индукции и умений применять их на практике для объяснения физических явлений;
• совершенствовать навыки экспериментальной работы;
• развивать мышление, речь и коммуникативные умения учащихся.

Тип урока: урок-практикум.

Оборудование: два подковообразных магнита с обмоткой на одном из них, демонстрационный гальванометр – 2 шт., длинная, сложенная вдвое проволока, выпрямитель на 6 В, выключатель лабораторный, лампочка на подставке на 6,3 В, модель электрического звонка, дроссельная катушка, неоновая лампочка, тестовые задания, карточки для групповой работы, кодоскоп, кодограмма.

Ход урока.

I. Физический диктант.

(Пишется через копирку. Первый экземпляр сдается учителю, второй используется для взаимопроверки. Правильные ответы проецируются через кодоскоп.)

1. В замкнутом проводнике возникает индукционный ток тогда, когда он оказывается в области действия … (переменного магнитного поля).
2. Магнитным потоком называется физическая величина, равная … (произведению модуля индукции магнитного поля, площади контура и косинуса угла между вектором магнитной индукции и нормалью к контуру).
3. Правило Ленца формулируется так: индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором … (возникает противодействие причинам, его породившим).
4. Единицей магнитного потока в СИ является … (вебер).
5. Электромагнитной индукцией называется явление … (порождения вихревого электрического поля переменным магнитным полем).
6. Закон электромагнитной индукции сформулировал … (Максвелл).
7. Закон формулируется так: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна … (скорости изменения пронизывающего его магнитного потока, взятой с противоположным знаком).
8. Математическая запись закона электромагнитной индукции. (εi = -).
9. Возникновение вихревого электрического поля в проводящем контуре при изменении силы тока в нем же самом называется … (самоиндукцией).
10. Коэффициентом самоиндукции (или индуктивностью) называется … (коэффициент пропорциональности между силой тока в проводящем контуре и созданным им магнитным потоком, пронизывающим этот контур).

II. Формирование умений и навыков. Работа в малых группах.

Класс делится на группы. Каждая группа получает карточку с заданиями, обсуждает ответы на каждый вопрос, выполняет экспериментальное задание и находит ему объяснение.

Задание для группы 1.

1. Можно ли использовать разность потенциалов, возникающую между концами крыльев горизонтально летящего реактивного самолета, для измерения скорости его полета?
2. Почему иногда недалеко от места удара молнии плавятся предохранители и повреждаются чувствительные электроизмерительные приборы?
3. Для исследования стальных балок, рельсов и т.п. на них надевают катушку изолированной проволоки, замкнутую на гальванометр, и перемещают ее вдоль балки. При всякой неоднородности строения балки (трещины, раковины и т.д.) в гальванометре возникает ток. Объясните это явление.
4. В какой момент искрит рубильник: при замыкании или размыкании?
5. Экспериментальное задание. Концы сложенной вдвое проволоки присоединены к гальванометру. Проволока движется, пересекая линии индукции магнитного поля, но стрелка гальванометра остается на нуле. Почему?

Задание для группы 2.

1. Для гашения электрической дуги, образующейся при размыкании больших токов, часто вблизи рубильника располагают магнит так, чтобы линии магнитной индукции были перпендикулярны возникающей дуге. Зачем это делают?
2. Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки, а не в виде прямолинейного проводника?
3. При электросварке применяется стабилизатор – катушка со стальным сердечником, включаемая последовательно с дугой. Почему стабилизатор обеспечивает устойчивое горение дуги?
4. Почему сверхпроводящий шарик «парит» в магнитном поле?
5. Экспериментальное задание. Соберите электрическую цепь, соединив последовательно выключатель лабораторный, источник тока, лампу накаливания, электрический звонок и дроссельную катушку. Параллельно катушке присоедините неоновую лампу. При замыкании цепи работает электрический звонок и горит неоновая лампа, а лампа накаливания не горит. Если исключить из цепи звонок, то загорается лампа накаливания, а неоновая лампа гаснет. Почему?

Задание для группы 3.

1. Между любыми двумя точками некоторого контура разность потенциалов равна нулю, а ток в контуре существует. Когда это возможно?
2. Почему подземный кабель, по которому подается переменный ток в жилые дома и на предприятия, не разрешается прокладывать вблизи газовых, водопроводных и теплофикационных труб?
3. В кольцо из диэлектрика вдвигают магнит. Какое явление возникает?
4. Два тонких проводника, имеющих форму окружности, расположены в перпендикулярных плоскостях так, что касаются друг друга в двух точках. Будет ли в горизонтально расположенном проводнике возникать индукционный ток при изменении тока в вертикально расположенном контуре?
5. Экспериментальное задание. Два одинаковых подковообразных магнита сложены противоположными полюсами так, что образуют замкнутый контур. На один из магнитов надета катушка, концы которой присоединены к гальванометру. В момент отрывания одного магнита от другого и в момент их соединения стрелка гальванометра отклоняется (в противоположные стороны). Укажите причины отклонения стрелки гальванометра.

III. Обсуждение итогов групповой работы.

Каждая группа докладывает о своей работе всему классу: отвечает на поставленные вопросы, выполняет перед классом экспериментальное задание и объясняет его. Учитель корректирует ответы учащихся.

IV. Контроль знаний.

Выполнение тестового задания по вариантам. (Приводится только один вариант теста).

1. Катушка замкнута на гальванометр. В каких случаях в ней возникает электрический ток?

1) В катушку вдвигают постоянный магнит.

2) Катушку надевают на постоянный магнит.

А. Только 1). Б. Только 2). В. В обоих случаях. Г. Ни в одном из перечисленных случаев.

2. Проволочная рамка находится в однородном магнитном поле. В каких случаях в ней возникает электрический ток?

1) Рамку двигают вдоль линий индукции магнитного поля.

2) Рамку двигают поперек линий индукции магнитного поля.

3) Рамку поворачивают вокруг одной из ее сторон.

А. 1). Б. 2). В. 3). Г. Во всех трех случаях.

3. Постоянный магнит вдвигают в алюминиевое кольцо один раз северным полюсом, другой раз южным полюсом. При этом алюминиевое кольцо:

А. Оба раза отталкивается от магнита.

Б. Оба раза притягивается к магниту.

В. Первый раз притягивается, второй раз отталкивается.

Г. Первый раз отталкивается, второй раз притягивается.

Д. Магнит на алюминиевое кольцо не действует.

4. Постоянный прямой магнит падает сквозь медное кольцо. Модуль ускорения падения магнита:

А. равен g. Б. больше g. В. меньше g.

Г. в начале пролета кольца больше g, в конце меньше g.

Д. в начале пролета кольца меньше g, в конце больше g.

5. В коротко замкнутую катушку вдвигают постоянный магнит: один раз быстро, второй раз медленно. Сравните значения индукционного тока, возникающего при этом.

А. Они равны. Б. В первом случае больше. В. Во втором случае больше.

V. Подведение итогов урока.

Чему научились на уроке? Была ли полезной групповая деятельность? Что давалось легко, что было трудно? Какие проявления в поведении участников группы способствовали работе, а какие мешали? Что нужно изменить, чтобы подобные уроки проходили более эффективно?

VI. Задание на дом: повторить §§86 – 90 , № 389,390 (учебник С.В.Громова).