Магнитное поле. Электромагнитная индукция. Самоиндукция. Часть А. В магнитном поле находится несколько витков провода замкнутого на резистор

А 6

Постоянный магнит вводят в замкнутое алюминиевое кольцо на тонком длинном подвесе (см. рисунок). Первый раз – северным полюсом, второй раз – южным полюсом. При этом

А 7

Магнит выводят из кольца так, как показано на рисунке. Какой полюс магнита ближе к кольцу?

1. северный

2. южный

3. отрицательный

4. положительный

А 8

Вблизи северного полюса магнита падает медная рамка. При прохождении верхнего и нижнего положения рамки, показанных на рисунке, индукционный ток в стороне АВ рамки

N

1) равен нулю в обоих положениях

2) направлен вверх в обоих положениях

3) направлен вниз в обоих положениях

4) направлен вверх и вниз соответственно

А 9

Проволочное кольцо покоится в магнитном поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости кольца. В первый промежуток времени проекция вектора магнитной индукции на некоторую фиксированную ось линейно растет от до 5 , во второй – за то же время уменьшается от 5 до 0, затем за третий такой же промежуток времени уменьшается от 0 до - 5. На каких отрезках времени совпадают направления тока в кольце?

1) 1 и 2

2) 1 и 3

3) 2 и 3

4) на всех участках

А 10

По двум рельсам, соединенным перпендикулярной перекладиной (см. рисунок), начинают тянуть перемычку в направлении, указанном стрелкой. Вся конструкция расположена в магнитном поле, перпендикулярном плоскости, образуемой рельсами. В каком направлении действует сила со стороны магнитного поля на возникающий индукционный ток в перемычке?

1) вправо

2) влево

3) в плоскость листа

4) из плоскости листа

А 1

Выберите правильное утверждение. ЭДС индукции, генерируемая в покоящейся рамке, зависит только от

1) направления вектора магнитной индукции

2) модуля вектора магнитной индукции

3) потока вектора магнитной индукции

4) скорости изменения потока вектора магнитной индукции

А 2

За 5 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, увеличился от 3 до 8 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке?

1) 0,6 В

2) 1 В

3) 1,6 В

4) 25 В

А 3

В магнитном поле находится несколько витков провода, замкнутого на резистор. Если магнитный поток равномерно увеличить от нуля до значения , сначала за время , а потом за время 4, то сила тока в резисторе во втором случае будет

1) в 4 раза больше

2) в 4 раза меньше

3) в 2 раза больше

4) в 2 раза меньше

А 4

В однородном магнитном поле вокруг оси АС с одинаковой частотой вращаются две рамки. Отношение амплитудных значений ЭДС в рамках 1 и 2, равно:

1

1) 1: 4 2) 1: 2

3) 1: 1 4) 2: 1

А 5

В однородном магнитном поле вокруг оси АС с одинаковой частотой вращаются две рамки. Отношение амплитудных значений ЭДС индукции, генерируемых в рамках 1 и 2, равно:

А

1

1) 1: 4 2) 1: 2

3) 1: 1 4) 2: 1

А 6

В однородном магнитном поле вокруг оси АС с одинаковой частотой вращаются две проводящие рамки. Площадь рамки 1 в два раза меньше площади рамки 2. Отношение амплитуд колебаний ЭДС индукции, генерируемых в рамках 1 и 2, равно:

А

1

1) 1: 4 2) 1: 2

3) 1: 1 4) 2: 1

А 7

В однородном магнитном поле вокруг оси АС с одинаковой частотой вращаются две проводящие рамки. Отношение амплитудных значений ЭДС индукции, генерируемых в рамках 1 и 2, равно:

А

1

1) 1: 4 2) 1: 2

3) 1: 1 4) 2: 1

А 8

В однородном магнитном поле вокруг оси АС с одинаковой частотой вращаются две проводящие рамки. Отношение амплитудных значений ЭДС индукции, генерируемых в рамках 1 и 2, равно:

А

1

2

1) 1: 4 2) 1: 2

3) 1: 1 4) 2: 1

В 1

Замкнутый проводник сопротивлением R = 3 Ом находится в магнитном поле. В результате изменения этого поля магнитный поток, пронизывающий контур, возрос с Ф1 = 0,002 Вб до Ф2 = 0,005 Вб. Какой заряд прошел через поперечное сечение проводника? Ответ выразите в милликулонах (мКл). (1 мКл)

С 1

Плоская горизонтальная фигура площадью , ограниченная проводящим контуром, сопротивление которого Ом, находится в однородном магнитном поле. Какой заряд протекает по контуру за большой промежуток времени, пока проекция магнитной индукции на вертикаль равномерно меняется от Тл до Тл? ()

С 2

Плоская горизонтальная фигура площадью , ограниченная проводящим контуром, находится в однородном магнитном поле. Пока проекция магнитной индукции на вертикаль равномерно меняется от до , по контуру протекает электрический заряд . Найдите сопротивление контура. (5 Ом)

С 3

Плоская горизонтальная фигура, ограниченная проводящим контуром, сопротивление которого Ом, находится в однородном магнитном поле. Пока проекция магнитной индукции на вертикаль равномерно меняется от до , за большой промежуток времени по контуру протекает электрический заряд Кл. Найдите площадь фигуры. ()

А 1

Круглый проволочный виток площади расположен перпендикулярно линиям вектора магнитной индукции однородного магнитного поля. Величина вектора магнитной индукции равна 0,04 Тл. За время с магнитное поле равномерно спадает до нуля. Чему равно ЭДС индукции, генерируемая при этом в витке?

1) 8 В

2) 2 В

3) 0,8 мВ

4) 0 В

А 2

В опыте по наблюдению ЭДС электромагнитной индукции квадратная рамка из тонкого провода со стороной находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля изменяется за время по линейному закону от 0 до максимального значения . Как изменится ЭДС индукции, возникающая в рамке, если увеличить в 2 раза?

1) не изменится

2) уменьшится в 2 раза

3) увеличится в 2 раза

4) увеличится в 4 раза

А 3

В опыте по наблюдению ЭДС электромагнитной индукции квадратная рамка из тонкого провода со стороной находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля изменяется за время по линейному закону от 0 до максимального значения . Как изменится ЭДС индукции, возникающая в рамке, если уменьшить в 2 раза?

1) не изменится

2) уменьшится в 2 раза

3) увеличится в 4 раза

4) уменьшится в 4 раза

А 4

В опыте по наблюдению ЭДС электромагнитной индукции квадратная рамка из тонкого провода со стороной находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля изменяется за время по линейному закону от 0 до максимального значения . Как изменится ЭДС индукции, возникающая в рамке, если уменьшить в 2 раза, а увеличить в 4 раза?

1) не изменится

2) уменьшится в 2 раза

3) увеличится в 2 раза

4) увеличится в 4 раза

А 5

Похожие документы:

Учитель физики Безуглая Е.И.

Рыбинский муниципальный р-н

2012 г.

Теория «Электромагнитная индукция»

1.Магнитный поток

^ Φ однородного поля через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля индукции B магнитного поля, площади поверхности S и косинуса угла α между нормалью  n ⃗   к поверхности и вектором индукции  B ⃗   (рис. 1): Φ=B⋅S⋅cosα.  (1) Рис. 1

В СИ единицей магнитного потока является вебер (Вб): 1 Вб = 1 Тл ⋅ 1 м2.

^ — это магнитный поток однородного магнитного поля с индукцией 1 Тл через перпендикулярную ему плоскую поверхность площадью 1 м2.

Поток может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от значения угла α.

Поток магнитной индукции наглядно может быть истолкован как величина, пропорциональная числу линий вектора индукции  B ⃗  , пронизывающих данную площадку поверхности.

Из формулы (1) следует, что магнитные поток может изменяться:

• или только за счет изменения модуля вектора индукции B магнитного поля, тогда

• или только за счет изменения площади контура S, тогда

• или только за счет поворота контура в магнитном поле, тогда

• или одновременно за счет изменения нескольких параметров, тогда

Открытие ЭМИ

Открытие электромагнитной индукции, как назвал Фарадей это явление, было сделано 29 августа 1831 г. Первоначально была открыта индукция в неподвижных друг относительно друга проводниках при замыкании и размыкании цепи. Затем, ясно понимая, что сближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей с помощью опытов доказал, что ток возникает при перемещении катушек относительно друг друга (рис. 2).

Рис. 2 Рис. 3

17 октября, как зарегистрировано в его лабораторном журнале, был обнаружен индукционный ток в катушке во время вдвигания (или выдвигания) магнита (рис. 3).

В течение одного месяца Фарадей опытным путем открыл, что в замкнутом контуре возникает электрический ток при любом изменении магнитного потока через него. Полученный таким способом ток называется индукционным током Ii.

Известно, что в цепи возникает электрический ток в том случае, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работу этих сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой. Следовательно, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, которую называют ЭДС индукции и обозначают Ei.

Индукционный ток Ii в контуре и ЭДС индукции Ei связаны следующим соотношением (законом Ома):

 I i =−E i/R  , 

где R — сопротивление контура.

Явление возникновения ЭДС индукции при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром, называется явлением электромагнитной индукции.

Если контур замкнут, то вместе с ЭДС индукции возникает и индукционный ток.

Джеймс Клерк Максвелл предложил такую гипотезу: изменяющееся магнитное поле создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и приводит свободные заряды в направленное движение, т.е. создает индукционный ток. Силовые линии такого поля замкнуты, т.е. электрическое поле вихревое.

Индукционные токи, возникающие в массивных проводниках под действием переменного магнитного поля, называются токами Фуко или вихревыми токами.

История

«На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута (фут равен 304,8 мм), и между витками ее намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлопчатобумажной нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с сильной батареей, состоящей из 100 пар пластин... При замыкании цепи удалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометр, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого-либо индукционного действия на другую спираль, не смотря на то что нагревание всей спирали, соединенной с батареей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи». ^ Русский физик Эмилий Ленц в 1833 г. сформулировал правило (правило Ленца), которое позволяет установить направление индукционного тока в контуре:

• возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, при котором созданный им собственный магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению внешнего магнитного потока, вызвавшее данный ток.

• индукционный ток имеет такое направление, что препятствует причине его вызывающей.

• ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур, взятой с противоположным знаком

• Эту формулу можно применять только при равномерном изменении магнитного потока.

• Знак «минус» в законе следует из закона Ленца. При увеличении магнитного потока (ΔΦ > 0), ЭДС отрицательная (Eii > 0) (рис. 4, б).

Рис4

А Б

В Международной системе единиц закон электромагнитной индукции используют для установления единицы магнитного потока. Так как ЭДС индукции Ei выражают в вольтах, а время в секундах, то из закона ЭМИ вебер можно определить следующим образом:

магнитный поток через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, равен 1 Вб, если при равномерном убывании этого потока до нуля за 1 с в контуре возникает ЭДС индукции равная 1 В:

1 Вб = 1 В ∙ 1 с.^ При движении проводника длиной l со скоростью υ ⃗   в постоянном магнитном поле с вектором индукции B ⃗   в нем возникает ЭДС индукции E i =B⋅υ⋅l⋅cosα, 

где α – угол между направлением скорости υ⃗проводника и вектором магнитной индукции B ⃗.

Причиной появления этой ЭДС является сила Лоренца, действующая на свободные заряды в движущемся проводнике. Поэтому направление индукционного тока в проводнике будет совпадать с направлением составляющей силы Лоренца на этот проводник.

С учетом этого можно сформулировать следующее для определения направления индукционного тока в движущемся проводнике (правило левой руки):

нужно расположить левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции B ⃗   входил в ладонь, четыре пальца совпадали с направлением скорости υ ⃗   проводника, тогда отставленный на 90° большой палец укажет направление индукционного тока (рис. 5). Рис. 5

Если проводник движется вдоль вектора магнитной индукции, то индукционного тока не будет (сила Лоренца равна нулю).

^

B2 . Частица массой m, несущая заряд q, движется в однородном магнитном поле с индукцией В по окружности радиусом R со скоростью . Как изменятся радиус траектории, период обращения и кинетическая энергия частицы при увеличении скорости её движения?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Ответ: 131

B2. Установите соответствие между определением физической величины и названием величины, к которому оно относится. К каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго и внесите в строку ответов выбранные цифры под соответствующими буквами.

^ А) Произведение модуля вектора магнитной индукции, площади поверхности контура, косинуса угла между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности контура. Б) Произведение модуля заряда, скорости его движения, модуля вектора магнитной индукции, синуса угла между вектором скорости и вектором магнитной индукции.

^ 1) магнитная проницаемость среды 2) магнитный поток 3) сила Лоренца 4) сила Ампера

Решение.Произведение модуля вектора магнитной индукции, площади поверхности контура, косинуса угла между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности контура является определением магнитного потока (А — 2). Произведение модуля заряда, скорости его движения, модуля вектора магнитной индукции, синуса угла между вектором скорости и вектором магнитной индукции определяет величину силы Лоренца (Б — 3).

Ответ: 23

C5  Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией перпендикулярно линиям индукции этого поля и движется по окружности радиуса . Вычислите скорость электрона.Решение.

Задания для самостоятельного решения

Часть АА1. Какой процесс объясняется явлением электромагнитной индукции?

1. Взаимодействие двух проводов с током.
2. Возникновение электрического тока в замкнутой катушке при изменении силы тока в другой катушке, находящейся рядом с ней.
3. Отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током.
4. Возникновение силы, действующей на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле.

А2. Выберите правильное утверждение. ЭДС индукции, генерируемая в покоящейся рамке, зависит только от

1. направления вектора магнитной индукции.
2. модуля вектора магнитной индукции.
3. потока вектора магнитной индукции.
4. скорости изменения потока вектора магнитной индукции.

А3. За 5 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, увеличивается от 3 до 8 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке?

1. 0,6 В.
2. 1 В.
3. 1,6 В.
4. 25 В.

А4. В магнитном поле находится несколько витков провода, замкнутых на резистор. Если магнитный поток равномерно увеличивать от нуля до значения Ф0 сначала за время t, а потом за время 4t, то сила тока в резисторе во втором случае будет

1. в 4 раза больше.
2. в 4 раза меньше.
3. в 2 раза больше.
4. в 2 раза меньше.

А5. Постоянный магнит за время 0,1 с вводят в катушку, соединенную длинными проводами с микроамперметром, находящимся на столе в другом конце комнаты, переходят за время 2 с к столу с микроамперметром и наблюдают за стрелкой микроамперметра. Второй раз магнит вводят за время 0,2 с, а переходят ко второму столу за время, равное 5 с. Каковы итоги наблюдений за стрелкой микроамперметра?

1. Оба раза показания стрелки равны нулю.
2. Оба раза стрелки отклонились одинаково.
3. В первый раз стрелка отклонилась вдвое больше.
4. Во второй раз стрелка отклонилась вдвое больше.

А6. Виток провода находится в магнитном поле, перпендикулярном плоскости витка, и своими концами замкнут на амперметр. Магнитная индукция поля меняется с течением времени согласно графику на рисунке. В какой промежуток времени амперметр покажет наличие электрического тока в витке?

1. от 0 с до 1 с
2. от 1 с до 3 с
3. от 3 с до 4 с
4. во все промежутки времени от 0 с до 4 с

Часть ВB1. Северный полюс магнита вводят в алюминиевое кольцо. Как изменяется поток магнитной индукции внешнего магнитного поля, пронизывающее кольцо, при введении магнита в кольцо и выведении магнита из кольца? Как изменяется величина индукционного тока в кольце при увеличении скорости введения магнита?

К каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго и внесите в строку ответов выбранные цифры под соответствующими буквами.

^ А. Поток магнитной индукции при введении магнита в кольцо Б. Поток магнитной индукции при выведении магнита из кольца В. Индукционный ток в кольце

^ 1) Увеличивается 2) Уменьшается 3) Не изменится

^

C1. В однородном магнитном поле с индукцией B, направленной вертикально вниз, равномерно вращается в горизонтальной плоскости против часовой стрелки положительно заряженный шарик массой m, подвешенный на нити длиной l (конический маятник). Угол отклонения нити от вертикали равен , скорость движения шарика равна v. Найдите заряд шарика q.

C2. Плоская рамка из провода сопротивлением 5 Ом находится в однородном магнитном поле. Проекция магнитной индукции поля на ось Ox, перпендикулярную плоскости рамки, меняется от до . За время изменения поля по рамке протекает заряд 1,6 Кл. Определите площадь рамки.C 3.  Плоская рамка из провода сопротивлением 5 Ом находится в однородном магнитном поле. Проекция магнитной индукции поля на ось Ox, перпендикулярную плоскости рамки, меняется от до . Площадь рамки . Какой заряд пройдет по рамке за время изменения поля?

Решения

Решение В 1.Магнитное поле полосового магнита неоднородно. Вблизи концов магнита оно сильнее, по мере удаления от них поле ослабевает. Поток магнитно индукции через кольцо пропорционален величине магнитного поля. Следовательно при введении магнита в кольцо, когда поле через него усиливается, поток магнитной индукции возрастает (А — 1). Напротив, при выведении магнита из кольца, когда поле через него ослабевает, поток магнитной индукции уменьшается (Б — 2). Согласно уравнению электромагнитной индукции, ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока через контур. По закону Ома, величина индукционного тока пропорциональна ЭДС индукции. Поскольку при увеличении скорости введения магнита в кольцо, магнитный поток через него возрастает быстрее, заключаем, что величина индукционного тока при этом увеличивается (В — 1).

Ответ: 121

Решение С 1.

1) На чертеже указаны силы, действующие на шарик.

2) II закон Ньютона в проекциях на оси:

3) Так как , то выражение для заряда: . Ответ: . Решение С 2.Согласно закону Ома, сила тока в рамке , где ЭДС индукции . Здесь R — сопротивление рамки, S — ее площадь,  — время изменения поля. Поскольку , то , . Ответ: . Решение С 3.Согласно закону Ома, сила тока в рамке , где ЭДС индукции . Здесь R — сопротивление рамки, S — ее площадь,  — время изменения поля. Поскольку , то , . Ответ: .