- •Електричне поле закон кулона. Напруженість електричного поля
- •2. Потенціал. Провідники та діелектрики в електричному полі
- •3. Конденсатори. Енергія електричного поля
- •Тести для самоконтролю
- •Електричний струм 4. Закон ома для ділянки кола
- •5. Робота та потужність струму. Закон ома для повного кола
- •6. Електричний струм у різних середовищах
- •Тести для самоконтролю
- •Електромагнітне поле
- •7. Магнітне поле
- •8. Електромагнітна індукція
- •9. Змінний струм. Трансформатор
- •Тести для самоконтролю
- •Коливання та хвилі
- •10. Механічні коливання та хвилі1
- •11. Коливальний контур1
- •12. Електромагнітні хвилі та їх застосування
- •Тести для самоконтролю
- •13. Швидкість світла. Геометрична оптика
- •14. Хвильові властивості світла
- •15. Світлові кванти
- •Тести для самоконтролю
- •Атомна та ядерна фізика
- •16. Фізика атома
- •1 7. Атомне ядро. Радіоактивність. Ядерні реакції
- •18. Елементарні частинки
- •Тести для самоконтролю
Електромагнітне поле
7. Магнітне поле
Усна розминка
На які частинки або тіла діє електричне поле? магнітне?
Чи діє магнітне поле на нерухомий електрон?
Як має рухатися електрон в однорідному магнітному полі, щоб на нього не діяла сила Лоренца?
Чи відхилиться магнітна стрілка, якщо її розмістити поблизу пучка: а) електронів; б) атомів; в) позитивних йонів?
Як діє на рамку зі струмом однорідне магнітне поле? неоднорідне магнітне поле?
Притягуються чи відштовхуються провідники тролейбусної лінії, коли по них тече електричний струм?
Перший рівень
П о провіднику (див. рисунок) тече електричний струм. У якому напрямі повернеться магнітна стрілка, розміщена в точці А? у точці С?
7 .8. По провідному витку (див. рисунок) тече електричний струм. У якому напрямі повернеться магнітна стрілка, розміщена в точці А? у точці С?
Усередині котушки (див. рисунок) вектор індукції магнітного поля напрямлений знизу вгору. Яку з клем (А чи С) під'єднали до позитивного полюса джерела струму?
Яка сила діє з боку однорідного магнітного поля з індукцією З0 мТл на прямолінійний провідник довжиною 50 см, що розташований До задачі 7.9 у полі? Провідник утворює прямий кут із напрямом вектора магнітної індукції поля. Сила струму в провіднику дорівнює 12 А.
В однорідному магнітному полі з індукцією 0,2 Тл перпендикулярно до ліній магнітної індукції розташовано провідник довжиною 0,7 м. Визначте силу, що діє на провідник, якщо сила струму в ньому дорівнює 18 А.
Провідник, сила струму в якому дорівнює 8 А, розташували в однорідному магнітному полі. Яка індукція магнітного поля, якщо на прямолінійну ділянку провідника довжиною 10 см, що утворює кут 30° із напрямом вектора магнітної індукції, діє з боку магнітного поля сила 10 мН?
В однорідному магнітному полі з індукцією 0,12 Тл під кутом 30° до напряму магнітної індукції розташовано провідник зі струмом. Визначте силу струму в провіднику, якщо на нього діє сила 0,18 Н, а його довжина 15 см.
Провідник, сила струму в якому дорівнює 15 А, розташували в однорідному магнітному полі з індукцією 50 мТл. Який кут утворює з напрямом вектора магнітної індукції прямолінійна ділянка провідника довжиною 20 см, якщо на цю ділянку діє з боку магнітного поля сила 75 мН?
Однорідне магнітне поле з індукцією 0,5 Тл діє на провідник із силою 2,1 Н. Визначте кут між напрямом струму в провіднику та напрямом магнітного поля, якщо довжина провідника 0,7 м, а сила струму в ньому 12 А.
Яка сила діє на електрон, що рухається зі швидкістю 60 000 км/с в однорідному магнітному полі з індукцією 0,15 Тл? Електрон рухається перпендикулярно до ліній магнітної індукції поля.
Яка сила діє на протон, що рухається зі швидкістю 2 • 106 м/с в однорідному магнітному полі з індукцією 0,1 Тл? Протон рухається під кутом 60° до ліній магнітної індукції поля.
Другий рівень
Приклад розв'язання задачі Н а горизонтальних рейках, розташованих у вертикальному однорідному магнітному полі, лежить сталевий брусок, перпендикулярний до рейок. Довжина бруска l = 15 см., маса т = 300 г, коефіцієнт тертя між бруском і рейками µ = 0,2. Щоб брусок зрушив з місця, по ньому необхідно пропустити струм І = 40 А. Визначте індукцію В магнітного поля. Розв'язання. На рисунку показано сили, які діють на брусок Сила Амперметра FА= ВІа sinα; коли брусок починає рухатися, сила тертя Fтер =µN=µmg. З умови FА= Fтер знаходимо Перевіримо одиниці величини: Підставимо числові значення: Відповідь: В = 0,1 Тл. |
7 .18. Електронний промінь на екрані осцилографа дає світлу точку. До осцилографа (див. рисунок) підносять штабовий магніт. Куди зміститься світла точка?
? Притягаються чи відштовхуються сусідні витки котушки зі струмом?
? На рисунку показано напрям руху електрона та напрям сили Лоренца, що діє на нього з боку магнітного поля. Який напрям вектора магнітної індукції поля?
? Як змінюються в результаті дії магнітного поля кінетична енергія й імпульс рухомої зарядженої частинки?
? У провіднику, що міститься між полюсами магніту, струм тече від А до В (див. рисунок). Куди напрямлена сила Ампера, яка діє на провідник?
7.23. ? Визначте напрям обертання рамки зі струмом, уміщеної між полюсами магніту (див. рисунок).
7.24. ? Прямокутна рамка зі струмом розташована в однорідному магнітному полі. Доведіть, що рівнодійна сил Ампера, прикладених до всіх сторін рамки, дорівнює нулю.
? Прямокутна рамка зі струмом розташована в однорідному магнітному полі. Як потрібно розташувати рамку, щоб на неї діяв якнайбільший обертальний момент?
? На рисунках показано провідники зі струмом, розташовані в магнітному полі. Сформулюйте задачу по кожному з наведених рисунків і розв'яжіть її.
7.27 ? На рисунках показано провідники зі струмом, розташовані в магнітному полі. Сформулюйте задачу по кожному з наведених рисунків і розв'яжіть її.
7.28. ? На рисунках схематично показано різні випадки взаємодії рухомої зарядженої частинки та магнітного поля. Сформулюйте задачу в кожному випадку та розв'яжіть її.
7 .29. ? На рисунках схематично показано різні випадки взаємодії рухомої зарядженої частинки та магнітного поля. Сформулюйте задачу в кожному випадку та розв'яжіть її.
7 .30. Точка А. міститься посередині між двома довгими паралельними провідниками (див. рисунок). Якщо струм тече тільки в одному з провідників, магнітна індукція поля в точці А дорівнює 10 мТл. Якою стане індукція магнітного поля в цій точці, якщо по іншому провіднику пропустити такий самий струм? Розгляньте два випадки: а) напрями струмів однакові; б) напрями струмів протилежні.
7 .31. Довгі прямі провідники 1 і 2 розташовані в одній площині (провідники ізольовані один від одного в точці перетину). Точка А знаходиться на однакових відстанях від обох провідників (див. рисунок). Коли по провіднику 1 пропускають струм зліва направо, магнітна індукція поля в точці А дорівнює В0. Якою стане магнітна індукція поля в цій точці, якщо по провіднику 2 протікатиме такий самий струм: а) угору; б) униз?
7.32. Провідник, сила струму в якому дорівнює 10 А, розташований в однорідному магнітному полі з магнітною індукцією 20 мТл (див. рисунок). Які сили діють на відрізки провідника СD, DЕ? Довжина кожного з цих відрізків дорівнює 40 см.
7.34 На горизонтальній поверхні, що розташована у вертикальному однорідному магнітному полі з індукцією 0,5 Тл, лежить мідний брусок довжиною 20 см і масою 250 г. Коефіцієнт тертя між бруском і поверхнею дорівнює 0,3. Якою має бути сила струму в бруску, щоб він зрушив з місця?
7.35 Середня частина металевого стержня масою 40 г, підвішеного горизонтально на двох провідниках, розташована в однорідному магнітному полі (див. рисунок) з індукцією 40 мТл. Ширина ділянки поля дорівнює 50 см. Замикаючи ключ, через стержень пропускають електричний струм. Визначте напрям струму в стержні та силу струму, якщо після замикання ключа сила натягу провідників: а) зменшилася у 2 рази; б) збільшилася у 2 рази.
7. 36 Визначте силу струму в металевому стержні (див. попередню задачу), якщо після замикання ключа сила натягу провідників збільшилася в 4 рази.
7.37 Горизонтальний провідник масою m = 20 г підвішений за кінці на двох провідних нитках. Середня частина провідника довжиною ι = 50 см розташована у вертикальному однорідному магнітному полі з індукцією В = 0,1 Тл; нитки знаходяться поза ділянкою магнітного поля. У провіднику протікає струм I=2 А. На який кут а від вертикалі відхиляються нитки?
7.38. Якою має бути сила струму в провіднику (див. попередню задачу), щоб нитки відхилилися від вертикалі на кут 45°?
7.39 Електрон влітає в однорідне магнітне поле під прямим кутом до ліній магнітної індукції. Магнітна індукція поля дорівнює 50 мТл, швидкість електрона 20000 км/с. Визначте радіус кола, по якому рухатиметься електрон.
7.40 Електрон влітає в однорідне магнітне поле з магнітною індукцією 20 мТл перпендикулярно до ліній магнітної індукції зі швидкістю 1000 км/с. Визначте радіус кола, по якому рухатиметься електрон.
7.41 Електрон влітає в однорідне магнітне поле зі швидкістю 10 000 км/с і рухається по колу радіусом 2 см. Визначте магнітну індукцію поля.
7.42 Електрон описує в магнітному полі коло радіусом 4 мм. Швидкість електрона 3,6 • 106 м/с. Визначте індукцію магнітного поля.
7.43. Протон рухається в однорідному магнітному полі з магнітною індукцією 20 мТл по колу радіусом 5 см. Визначте швидкість протона.
7. 44 Електрон рухається в однорідному магнітному полі з магнітною індукцією 4 мТл. Визначте період обертання електрона.
7.45. Пробку, що загвинчують в отвір для зливу масла з піддона автомобільного двигуна, намагнічують. Для чого?
7.46. Електромагніт утримує підвішений до нього нерухомий вантаж. Чи виконує електромагніт механічну роботу? На що витрачається електроенергія, яку споживає електромагніт?
7.47 Чому на заводах для перенесення розпечених сталевих брусків не застосовують електромагнітні піднімальні крани?
Третій рівень
7 .48. Через горизонтальний стержень, підвішений на двох гнучких провідниках, пропускають електричний струм (див. рис. а). Усю систему поміщають у сильне однорідне магнітне поле, перпендикулярне до площини рисунку. Які з рисунків б—г можуть бути правильними? Якому напряму вектора магнітної індукції відповідають ці рисунки?
7.49 На гладенькій горизонтальній поверхні лежить петля з гнучкого провідника. Якої форми набуде ця петля, якщо пропустити по ній сильний електричний струм?
7.50.Прямокутна рамка зі струмом міститься в однорідному магнітному полі. Укажіть положення стійкої та нестійкої рівноваги рамки.
7.51. Прямокутна рамка зі струмом міститься в неоднорідному магнітному полі. Доведіть, що діючі на сторони рамки сили Ампера втягують її в ділянку сильнішого поля.
7.52. Прямокутна дротяна рамка площею S розташована в однорідному магнітному полі. Доведіть, що діючий на рамку обертальний момент задається формулою M = BIS cos α, де B —індукція магнітного поля, І— сила струму в рамці,α— кут між площиною рамки і напрямом магнітної індукції.
В однорідному магнітному полі з магнітною індукцією 25 мТл знаходиться дротяне кільце радіусом 2 см, сила струму в якому дорівнює 5 А. При якому положенні кільця на нього діє максимальний обертальний момент? Визначте значення цього обертального моменту.
Електрон, розігнаний різницею потенціалів 2 кВ, влітає в однорідне магнітне поле з індукцією В = 150 мТл перпендикулярно до ліній магнітної індукції. Визначте радіус кола, що його опише електрон.
В однорідне магнітне поле з магнітною індукцією ЗО мТл перпендикулярно до ліній магнітної індукції влітає електрон з кінетичною енергією 50 кеВ. Який радіус кривизни траєкторії руху електрона?
П ротон, що влетів після розгону в однорідне магнітне, поле з індукцією 50 мТл, рухається по колу радіусом 5 см. Яку різницю потенціалів пройшов протон під час розгону? ,
7.57. Заряджена частинка, розігнана різницею потенціалів U влітає в однорідне магнітне поле з індукцією В і рухається по колу радіусом R,. Визначте за цими даними модуль, питомого заряду частинки, тобто модуль відношення її заряду до маси q/m.
7.58. Мас-спектрограф. Пучок йонів, розігнаних різницею потенціалів 4 кВ, влітає в однорідне магнітне поле з магнітною індукцією 80 мТл перпендикулярно до ліній магнітної індукції. Пучок складається з йонів двох типів — із молярними масами 0,02 і 0,022 кг/моль. Усі йони мають заряд 1,5·10-6Кл. Йони ви
літають з поля двома пучками (див. рисунок). Визначте відстань між пучками йонів, що вилітають.
7.59. В однорідне магнітне поле перпендикулярно до ліній магнітної індукції влітають з однаковою швидкістю протон і електрон. Порівняйте радіуси кіл, по яких вони рухатимуться, і періоди їх обертання по цих колах.
7 .60. В однорідне магнітне поле перпендикулярно до ліній магнітної індукції влітають протон і електрон, що мають однакову кінетичну енергію. Порівняйте радіуси кіл, по яких вони рухатимуться, і періоди їх обертання.
7.61. В однорідне магнітне поле перпендикулярно до ліній магнітної індукції влітають два електрони зі швидкостями 5·106 м/с і 107 м/с. Порівняйте радіуси кіл, по яких вони будуть рухатися, і періоди їх обертання по цих колах.
7.62. Поясніть дію «фільтра швидкостей», у якому створено однорідні поля (див. рисунок): магнітне з індукцією В і електричне з напруженістю Ē (вектори і Ē перпендикулярні один до одного і до початкової швидкості частинок).
7.63. Силові лінії однорідного електричного поля та лінії магнітної індукції однорідного магнітного поля взаємно перпендикулярні. Напруженість електричного поля Е = 2 кВ/м, а магнітна індукція магнітного поля В = 5 мТл. Якими мають бути напрям і модуль швидкості електрона, щоб його рух був прямолінійним?
7.64Як зміниться відповідь у попередній задачі, якщо розглядати рух протона, а не електрона?
7.65. Електрон влітає в однорідне магнітне поле зі швидкістю під кутом а до ліній магнітної індукції. Магнітна індукція поля дорівнює В. По якій траєкторії рухатиметься електрон?
7.66. Електрон, що влетів у однорідне магнітне поле під кутом 60° до ліній магнітної індукції, рухається по гвинтовій лінії радіусом 2 см, роблячи один оборот за ЗО не. Визначте магнітну індукцію поля та крок гвинтової лінії.
7 .67. Тонка металева стрічка міститься в магнітному полі, лінії магнітної індукції якого перпендикулярні до площини стрічки (див. рисунок). Якщо по стрічці пропустити електричний струм, то між точками С і що розташовані в одному поперечному перерізі, з'являється різниця потенціалів. Поясніть це явище. Потенціал якої з двох точок вищій?
7.68. Як змінюється магнітна проникність заліза внаслідок охолодження?
7.69. Сталеву голку підвішено над
столом на довгому дроті. Якщо поруч з голкою поставити запалену свічу, а за нею розмістити сильний магніт, голка почне коливатися. Чому?