В.А.ЗАБОТИН, В.Н.КОМИССАРОВ.

Магнитное поле. Электромагнитные явления.

Самостоятельная работа. 8-й класс.

Вариант I

1. Вблизи проводника с током Х.Эрстед обнаружил ... поле (вставьте пропущенное слово).

а) Как можно обнаружить это поле?
б) Изобразите силовые линии этого поля катушки с током, обозначьте полюсы.
в)  Во сколько раз поле катушки, число витков которой равно 500, приблизительно сильнее поля, создаваемого одним ее витком? Почему? В каких технических устройствах это находит применение?

2. Наша планета Земля обладает магнитными свойствами.

а) Какие признаки постоянного магнита обнаружены у Земли?
б) Как можно исследовать магнитное поле Земли?
в) Какое влияние оказывает магнитное поле Земли на физические условия в космическом пространстве вокруг планеты?

3. М.Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

а) Какую гипотезу выдвинул ученый, узнав об открытии Х.Эрстеда?
б) Каким опытом была подтверждена гипотеза М.Фарадея?
в) Приведите пример использования явления электромагнитной индукции в одном из известных вам технических устройств. Поясните.

Вариант I

1. … магнитное…

а) По действию на магнитную стрелку (компас), мелкие железные опилки, проводник с током.
б) 
в) Приблизительно в 500 раз. Магнитные поля, создаваемые круговыми токами, складываются, в результате поле катушки усиливается. Эта закономерность учитывается при создании соленоидов и электромагнитов. В последних сильное магнитное поле еще усиливается за счет введения ферромагнитного сердечника (магнитопровода).

2. 

а) Магнитное поле Земли ориентирует природные магниты, в частности магнитные стрелки. Силовые линии магнитного поля Земли выходят из Северного магнитного полюса и входят в Южный магнитный полюс [которые в данное время почти совпадают с географическими полюсами Земли, но ориентированы противоположно. - Ред.]
б) Первые исследования магнитного поля Земли проводились при помощи магнитной стрелки. В наше время используют магнитометры, которые устанавливаются на научно-исследовательских судах, летательных аппаратах, искусственных спутниках Земли. Созданы карты магнитного поля Земли. Наличие аномалий помогает геологам находить залежи полезных ископаемых (например, Курская магнитная аномалия).
в) Собственное магнитное поле Земли (магнитосфера) является препятствием на пути потока заряженных частиц, испускаемого Солнцем, – солнечного ветра. Образующая его плазма взаимодействует с этим магнитным полем, в результате чего магнитосфера приобретает несимметричную форму: она прижата к Земле с дневной стороны, а с ночной образуется длинный шлейф. Навиваясь на силовые линии и попадая в верхние слои атмосферы Земли, частицы плазмы вызывают полярные сияния. В области замкнутых силовых линий частицы плазмы могут удерживаться длительное время, благодаря чему вокруг нашей планеты возникают пояса радиации.

3.

а) Если электрический ток создает магнитное поле, то нельзя ли с помощью магнитного поля получить электрический ток?
б) К гальванометру подключают катушку с большим числом витков медного изолированного провода, концы которого замкнуты. Перемещая вдоль катушки постоянный магнит, наблюдают появление электрического тока. Можно двигать не магнит, а катушку относительно магнита. При относительном движении магнита и катушки изменяется магнитное поле, пронизывающее катушку, и в ней возникает индукционный ток.
в) Явление электромагнитной индукции используется в индукционных генераторах переменного тока. Неподвижная часть генератора, статор, представляет собой станину из магнитомягкой электротехнической стали, на которой имеется обмотка из толстого медного провода. Вращающаяся часть генератора, ротор, представляет собой электромагнит или постоянный магнит. При вращении ротора магнитное поле, пронизывающее обмотку статора, периодически меняется, за счет чего в обмотке индуцируется переменная ЭДС индукции.

Вариант II

1. Постоянные магниты бывают естественного происхождения и искусственного.

а) Как из стальной спицы можно получить постоянный магнит?
б) Назовите основные свойства постоянных магнитов.
в) Придумайте приспособление, позволяющее космонавту шагать в условиях невесомости, например, по полу или стенке орбитальной станции.

2. Магнитное поле действует на проводник с током и движущиеся заряды.

а) На каком опыте это можно обнаружить?
б) Опишите механизм взаимодействия двух проводников с током.
в) Приведите пример использования этого явления в одном из известных вам технических устройств.

3. М.Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

а) Что понимают под этим явлением?
б) Что такое ЭДС индукции и от каких факторов зависит ее величина?
в) Как используется эта зависимость в одном из известных вам технических устройств? Поясните принцип его работы.

Вариант II

1.

а) Если стальную спицу потереть постоянным магнитом (например, куском магнитного железняка), то она намагнится.
б)  Магнит имеет два полюса: северный и южный; магнитные свойства в различных частях постоянного магнита разные, наиболее выражены они на полюсах; магниты взаимодействуют между собой: разноименные полюсы притягиваются, одноименные – отталкиваются; магнитные свойства исчезают при сильном нагревании и механическом ударе.
в) Надеть обувь с магнитными подошвами, а пол (стенки) станции сделать из ферромагнитного материала (например, железа).

2.

а) Прямой проводник помещают между полюсами подковообразного магнита. При пропускании тока по проводнику замечаем, что проводник втягивается в область между полюсами либо выталкивается из этой области, в зависимости от направления в нем тока.
Если между полюсами подковообразного магнита поместить рамку с током, то рамка повернется и установится так, чтобы ее плоскость была перпендикулярна силовым линиям.
Если к катодной трубке или кинескопу поднести магнит, то пучок электронов отклонится, что будет заметно по отклонению светящегося пятна на экране.
б) Магнитное поле первого проводника с током взаимодействует с током (точнее, с магнитным полем тока) во втором проводнике, а магнитное поле второго проводника с током действует взаимодействует с током (точнее, с магнитным полем тока) в первом проводнике. В зависимости от направления токов в проводниках, они будут притягиваться или отталкиваться.
в) Вращение рамки с током в магнитном поле лежит в основе работы электрических двигателей и электроизмерительных приборов. Например, в электродвигателе неподвижная часть, статор, представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Подвижная часть, ротор, – сердечник из листов ферромагнитного материала, на который наматывается обмотка. Выводы обмотки прикреплены к коллекторным пластинам, к которым прижимаются угольные щетки. К щеткам от источника тока подводится напряжение, питающее электродвигатель. Благодаря взаимодействию тока, текущего по обмотке, с магнитным полем статора ротор начинает вращаться.

3.

а) Явление возникновения индукционного тока в замкнутом проводнике (катушке) при изменении магнитного потока, пронизывающего этот проводник (катушку).
б) Электродвижущей силой индукции называется отношение работы, совершаемой вихревым током при перемещении электрического заряда по замкнутому контуру, к модулю перемещаемого заряда: ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного поля, пронизывающего катушку, и числу витков в ней.
в) Зависимость ЭДС индукции от числа витков в катушке используется в трансформаторах. Трансформатор представляет собой замкнутый магнитопровод, на который надеты две катушки с различным числом витков. Одна из катушек (первичная) подключается к источнику переменного тока. Переменное магнитное поле первичной катушки в основном по магнитопроводу передается ко вторичной катушке, в которой возникает переменный индукционный ток той же частоты. Число витков в катушках (w₁ и w₂) и напряжения на них (U₁ и U₂) связаны соотношением:  . Если U₂ > U₁, то трансформатор повышающий; если U₂ < U₁, то трансформатор понижающий.

Таким образом, трансформатор преобразует поступающую в первичную обмотку электрическую энергию переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения.