Практическое занятие № 5. «Действие магнитного поля на ток»

Цель: Формирование умений применять, полученные знания на практике

Вектор магнитной индукции — векторная физическая величина, направление которой в данной точке совпадает с направлением, указываемым в этой точке северным полюсом свободной магнитной стрелки.

Модуль вектора магнитной индукции — физическая величина, равная отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока и длины отрезка проводника:

Единица магнитной индукции — тесла (1 Тл).

Вектор индукции магнитного поля - бесконечно длинного провода

Связи вектора индукции магнитного поля и напряженности

Правило буравчика для прямого тока: если ввинчивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление скорости движения конца его рукоятки совпадает с направлением вектора магнитной индукции в этой точке.

Принцип суперпозиции магнитных полей: результирующая магнитная индукция в данной точке складывается из векторов магнитной индукции, созданной различными токами в этой точке: 

Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции. Линии магнитной индукции всегда замкнуты: они не имеют начала и конца. Магнитное поле — вихревое поле, т.е поле с замкнутыми линиями магнитной индукции

Сила Лоренца — сила, действующая на движущуюся со скоростью v заряженную частицу со стороны магнитного поля В:

F_L = qBυsinα

где q — заряд частицы,

α — угол между скоростью частицы и индукцией магнитного поля.

Направление силы Лоренца определяет правило левой руки: если кисть левой руки расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление скорости положительного заряда (или противоположное скорости отрицательного заряда), а вектор магнитной индукции входил в ладонь, то отогнутый (в плоскости ладони) на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на данный заряд.

Движение заряженной частицы в магнитном поле

1. Если скорость υ заряженной частицы массой m направлена вдоль вектора индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по прямой с постоянной скоростью (сила Лоренца F_L = 0, т.к. α = 0°).

2. Если скорость υ заряженной частицы массой m перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по окружности радиуса R, плоскость которой перпендикулярна линиям индукци

Тогда 2-ой закон Ньютона можно записать в следующем виде:

 ma_c=F_L,

где  a_c=υ²/R ,  

F_L=qBυsinα, 

α =90°, т.к. скорость частицы перпендикулярна вектору магнитной индукции. 

Тогда  

3. Если скорость υ заряженной частицы массой m направлена под углом α (0 < α < 90°) к вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по спирали радиуса R и шагом h.

Задачи:

1. В каком случае на проводник с током не действует сила Ампера?            

1) угол между направлением тока и магнитной индукцией равен 90 градусов

2) угол между направлением тока и магнитной индукцией равен 0 градусов

3) угол между направлением тока и магнитной индукцией равен 45 градусов

2. Какая из приведенных формул определяет выражение для силы Лоренца?

1) F=qE         

2) F=IBLsina     

3) F=qBvsina

3. Как будет двигаться первоначально неподвижный электрон, помещенный в постоянное магнитное поле?   

1) Равноускоренно         

2) Равномерно         

3) Останется неподвижен

4. Прямолинейный проводник с током длиной 50см находится в однородном магнитном поле с индукцией 2Тл и расположен под углом 30 градусов к вектору магнитной индукции. Чему равна сила Ампера, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля при силе тока, равной 4А?   

1) 8Н    

2) 4Н    

3) 2Н

 5. В магнитное поле, перпендикулярно линиям индукции влетает электрон со скоростью 10Мм/с и описывает окружность радиусом 10см. Найти индукцию магнитного поля.  

1) 0,018мТл   

2)0,57мТл    

3) 02мТл

6. В магнитном поле с индукцией 4Тл движется электрический заряд величиной 10мкКл со скоростью 4м/с. Чему равна сила, действующая на заряд со стороны магнитного поля, если заряд двигается перпендикулярно магнитному полю?              

1) 8мкН  

2)16мкН 

3) 0,5мкН

7 Поток вектора магнитной индукции через рамку, площадь которой равна 0.02 м², а плоскость расположена под углом 60⁰С к вектору В, при В = 0,05 Тл равен 

1) 0,87 мВб          

2) 0,5 мВб            

3) 1,25 мВб           

4) 2.2м Вб

8. Максимальная сила, действующая в однородном магнитном поле на проводник с током длиной 10 см равна 0,02 Н. сила тока равна 8 А. Модуль вектора магнитной индукции этого поля равен   

1) 0,00025 Тл  

2) 0.025 Тл    3

) 0,16 Тл    

4) 1,6 Тл

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

1) увеличится в 2 раза   

2) увеличится в 4 раза

3) не изменится             

4) уменьшится в 2 раза 

10. Индуктивность катушки увеличили в 2 раза, а силу тока в ней уменьшили в 2 раза.

1) Энергия магнитного поля катушки при этом увеличилась в 8 раз

2) уменьшилась в 2 раза

3) уменьшилась в 8 раз

4) уменьшилась в 4 раза

11. Квадратная рамка из тонкого провода со стороной квадрата находится в

однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля растет прямо пропорционально времени от 0 до максимального. Как изменится

ЭДС индукции, возникающая в рамке, если увеличить в 2 раза, а

уменьшить в 4 раза?

1) Увеличится в 2 раза.                        

2) Не изменится.

3) Увеличится в 4 раза.                        

4) Уменьшится в 2 раза.

12. Виток провода, подключенный к амперметру, помещают в магнитное поле. Значение магнитной индукции поля меняется со временем согласно графику на рисунке. В какой промежуток времени амперметр покажет отсутствие электрического тока в витке?

1) Только от 3 с до 4 с.               

2) От 0 с до 1 с и от 3 с до 4 с.

3) Только от 0 с до 1 с.                

4) От 1 с до 3 с.

13.  Какой из перечисленных процессов объясняется явлением электромагнитной

индукции?

1) Появление тока в замкнутой катушке при вынимании из нее постоянного магнита.

2) Отклонение магнитной стрелки при прохождении по проводу электрического тока.

3) Возникновение силы, действующей на движущуюся заряженную частицу.

4) Взаимодействие двух проводов с током

Задачи:

1. Расстояние между двумя длинными параллельными проводами равно 5 см, по проводам в одном направлении текут одинаковые токи 30 А каждый. Найти напряженность магнитного поля в точке, находящейся на расстоянии 4 см от одного и 3 см от другого провода.

2. Найти напряженность и индукцию магнитного поляв ценре кругового тока с радиусом 6,4 см, если сила тока 12,4 А.

Критерии оценки:

Домашнее задание:

Задачи:

 1. Два параллельных очень длинных прямолинейных проводника расположены в вакууме на расстоянии 4 см друг от друга. По одному из них течет ток 25 А, а по другому 5 А. найти длину участка проводника, на который будет действовать сила 1.2·10^-3 Н.

2. Электрон движется в однородном магнитном поле в вакууме перпендикулярно к силовым линиям по окружности радиусом 10 см. Определить скорость движения электрона, если напряженность поля равна 1,6·10² А/м.

3. Линии напряженности однородного электрического поля и линии индукции однородного магнитного поля взаимно перпендикулярны. Напряженность электрического поля 1кВ/м, а индукция магнитного поля 1 мТл. Какими должны быть направление и модуль скорости электрона, чтобы его движение было прямолинейным?

4. По двум параллельным бесконечно длинным прямым проводникам текут токи 50 А и 100 А в противоположных направлениях. Расстояние между проводами равно 20 см. Определить магнитную индукцию в точке, находящейся на расстоянии 25 см от одного 40 см от другого провода.