Тест 3 – 8

На рисунке указаны траектории заряженных частиц, имеющих одинаковую скорость и влетающих в однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости чертежа. При этом для частицы 1 ...

Варианты ответов: 1) q = 0;

2) q < 0;

3) q > 0.

Решение

На заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, направление которой, если движется положительный заряд, определяется по правилу левой руки. Согласно этому правилу, вектор магнитной индукции должен входить в ладонь, четыре вытянутых пальца левой руки должны показывать направление скорости, тогда отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца. Следовательно, под действием силы Лоренца положительно заряженные частицы при данном направлении вектора магнитной индукции будут отклоняться вправо, отрицательно заряженные частицы - влево, а частицы, которые не имеют заряда, не будут отклоняться. Частица 1, как показывает рисунок, отклоняется влево. Следовательно, для частицы 1 q < 0.

Ответ: вариант 2.

Тест 3 – 9

В постоянном однородном магнитном поле, созданном электромагнитом с дискообразными полюсами, на некотором расстоянии от оси полюсов закреплена положительно заряженная частица. Частица выстреливается перпендикулярно силовым линиям магнитного поля по касательной к окружности, плоскость которой перпендикулярна полю, а центр лежит на оси полюсов. Скорость выстреливания такова, что частица движется именно по этой окружности. В некоторый момент ток в обмотках электромагнита начинает увеличиваться. Правильное сочетание направлений скорости и ускорения частицы в этот момент представлено на рисунке …

Варианты ответов:

1) 2) 3) 4)

Решение.

Если частица влетает в однородное постоянное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции с постоянной по величине скоростью, то под действием силы Лоренца она движется по окружности. Следовательно, сила Лоренца является центростремительной силой, которая создаёт нормальное ускорение _n , направленное к центру окружности перпендикулярно скорости.

При увеличении тока в обмотках электромагнита появляется переменное магнитное поле. Согласно теории Максвелла переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле (см. первое уравнение в тесте 3 – 5):

.

Вихревое электрическое поле создаёт индукционный ток. Линии индукционного тока и линии напряженности электрического поля представляют собой окружности. Направление индукционного тока и силовых линий можно определить с помощью правила Ленца, согласно которому, индукционный ток, создаёт магнитное поле, препятствующее изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток. При этом, если ток в обмотке электромагнита увеличивается, то вектор магнитной индукции, созданный индукционным током _i , будет направлен в сторону, противоположную первоначальному направлению . Применительно к нашей задаче это означает, что вектор магнитной индукции, созданный индукционным током, будет направлен за чертёж, индукционный ток и линии напряженности электрического поля будут направлены по окружности по часовой стрелке, а вектор напряженности вихревого электрического поля будет направлен по касательной к окружности. Так как электрическое поле создаёт электрическую силу, направленную так же, как, то тангенциальное ускорение _τ будет направлено по касательной к окружности. Полное ускорение равно векторной сумме: = _{n + τ} и находится по правилу параллелограмма (см. рис. в решении). Таким образом, правильное сочетание направлений скорости и ускорения частицы в момент, когда скорость в обмотках электромагнита начинает увеличиваться, представлено на рисунке 3.

Ответ: вариант 3.

Тест 3 – 10

На рисунке показана зависимость силы тока от времени в электрической цепи с индуктивностью 1 мГн. Модуль среднего значения ЭДС самоиндукции на интервале от 0 до 5 с (в мкВ) равен...

Варианты ответов:

1) 0;

2) 6;

3) 15;

4) 30.

Решение.

В соответствии с законом Фарадея – Ленца, среднее значение ЭДС самоиндукции равно: ε_i = - L·(ΔI/Δt), где L – индуктивность, ΔI – изменение силы тока, произошедшее за промежуток времени Δt. Вычислим модуль среднего значения ЭДС за промежуток времени Δt = 5 – 0 = 5 с. Из рисунка найдём изменение силы тока на этом промежутке времени: ΔI=30–0=30 мА. Тогда среднее значение ε_i = 1·30/5= 6 мкВ.

Ответ: вариант 2.

Варианты ответов:

1) - 2 и 0; 2) 0 и 4; 3) 0 и – 2; 4) -2 и -4.

Тест 3 – 11

Рамка с током с магнитным дипольным моментом _m, направление которого указано на рисунке, находится в однородном магнитном поле с индукцией .

Момент сил, действующий на рамку с током, направлен...

Варианты ответов:

1) от нас;

2) к нам;

3) вдоль вектора магнитной индукции;

4) против вектора магнитной индукции.

Решение.

Момент сил, действующий на рамку с током в магнитном поле, равен векторному произведению магнитного дипольного момента рамки _m на - вектор магнитной индукции: =[ _m · ]. Направление вектора момента сил определяется в соответствии с правилом векторного произведения двух векторов: вектор должен быть перпендикулярен плоскости, в которой лежат перемножаемые вектора , (т.е.к нам или от нас).Направление векторного произведения определяется по правилу правого винта: если первый вектор поворачивать ко второму, то поступательное движение винта покажет направление векторного произведения. В нашем случае вектор направлен за чертёж, т.е. от нас.

Ответ: вариант 1.

Варианты ответов те же, что в тесте 3 – 11.

Тест 3 – 12

На рисунке изображен проводник массой m, подвешенный на проводящих нитях, через которые подведен ток.

Укажите правильную комбинацию направления вектора магнитной индукции и направления тока в проводнике, чтобы сила натяжения нитей стала равной нулю.

Варианты ответов:

1) Ток в направлении L-M; вектор магнитной индукции вниз.

2) Ток в направлении M-L; вектор магнитной индукции вверх.

3) Ток в направлении L-M; вектор магнитной индукции от нас.

4) Ток в направлении M-L; вектор магнитной индукции от нас.

Решение

Для того, чтобы сила натяжения нитей стала равной нулю, нужно чтобы сила Ампера, т.е. сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, была направлена против силы тяжести. Поскольку сила тяжести направлена вниз, то сила Ампера должна быть направлена вверх. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки, согласно которому линии магнитной индукции должны входить в ладонь, четыре вытянутых пальца левой руки показывать направление тока, тогда отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера. Правильная комбинация направления вектора магнитной индукции и направления тока в проводнике будет соответствовать варианту 3: ток в направлении M –L; вектор магнитной индукции от нас.

Ответ: вариант 4.

Тест 3 – 13

На рисунке представлена зависимость магнитного потока, пронизывающего некоторый замкнутый контур, от времени. ЭДС индукции в контуре не возникает на интервале..

Варианты ответов:

1) интервал С;

2) интервал D;

3) интервал А;

4) интервал Е;

5) интервал В.

Решение

Согласно закону Фарадея – Ленца, ЭДС в замкнутом контуре появляется при изменении магнитного потока: ε_i = -- _ΔФ _/ Δt _. Поскольку на интервале В магнитный поток не изменяется, то на этом интервале в контуре ЭДС не возникает.

Ответ: вариант 5.

Тест 3 – 14

При помещении диамагнетика в стационарное магнитное поле...

Варианты ответов:

1) у атомов индуцируются магнитные моменты; вектор намагниченности образца направлен против направления внешнего поля;

2) у атомов индуцируются магнитные моменты; вектор намагниченности образца направлен по направлению внешнего поля;

3) происходит ориентирование имевшихся магнитных моментов атомов; вектор намагниченности образца направлен по направлению внешнего поля;

4) происходит ориентирование имевшихся магнитных моментов атомов; вектор намагниченности образца направлен против направления внешнего поля.

Решение.

Если поместить диамагнетик в стационарное магнитное поле, то у атомов, согласно правилу Ленца, индуцируются магнитные моменты, направленные против внешнего магнитного поля. Вектор намагниченности, представляет собой векторную сумму магнитных моментов отдельных атомов, делённую на объём, поэтому у диамагнетиков он направлен против внешнего магнитного поля.

Ответ: вариант 1.

Тест 3 – 15

На рисунке представлены графики, отражающие характер зависимости величины намагниченности I вещества (по модулю) от напряженности магнитного поля Н. Укажите зависимость, соответствующую диамагнетикам.

Варианты ответов:

1) График 1;

2) График 2;

3) График 3;

4) График 4.

Решение.

Вектор намагниченности, представляет собой векторную сумму магнитных моментов отдельных атомов, делённую на объём. Как показывает опыт, зависимость величины намагниченности I вещества (по модулю) от напряженности магнитного поля Н имеет вид: I = χ · Н, где χ – магнитная восприимчивость.

У диамагнетиков χ – величина отрицательная, малая по абсолютному значению и является константой. У парамагнетиков χ тоже невелика, но положительна и в сильных магнитных полях наблюдается отступление от пропорциональности между намагниченностью парамагнетика I и напряженностью Н. У ферромагнетиков χ – положительная величина, которая является функцией напряженности магнитного поля и может принимать очень большие значения. При больших значениях Н намагниченность ферромагнетика I достигает насыщения. Ответ: вариант 4.

81