Рабочая программа учебного предмета физика углубленный уровень

Электромагнитная индукция: значение, правило Ленца, закон электромагнитной индукции

Цель

Познакомиться с явлением электромагнитной индукции; показать значение этого явления для физики и техники; ввести понятие вихревого электрического поля; научиться определять направление индукционного тока.

Содержание

1. История открытия явления ЭМИ
2. Опыты Фарадея
3. Магнитный поток
4. Явление ЭМИ
5. Причина возникновения индукционного тока
6. Вихревое электрическое поле
7. Правило Ленца
8. Закон электромагнитной индукции

История открытия явления ЭМИ

В 1820 году Эрстед обнаружил действие проводника с током на магнитную стрелку, что показало превращение электричества в магнетизм.

Опыты Фарадея

Майкл Фарадей, узнав об опытах Эрстеда, поставил задачу превратить магнетизм в электричество и доказал, что магнитное поле может порождать электрический ток.

Значение ЭМИ для физики и техники

На явлении электромагнитной индукции основано действие генераторов электрического тока на всех электростанциях Земли. Фарадей сделал значительный вклад в развитие электротехники.

Опыты Фарадея

Опыты Фарадея по исследованию ЭМИ можно разделить на две серии.

1. Первая серия опытов
2. Вторая серия опытов

Вывод из опытов Фарадея

Индукционный ток в катушке возникает при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих катушку.

Магнитный поток

Магнитным потоком через замкнутый контур называется физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между вектором и перпендикуляром к плоскости контура.

Условия возникновения ЭМИ

На основании опытов Фарадея можно сделать вывод о том, при каких условиях наблюдается явление электромагнитной индукции.

Способы изменения магнитного потока

Выполнение условия возникновения ЭМИ – изменение магнитного потока через контур – можно осуществить двумя способами:

1. Движение контура в постоянном магнитном поле
2. Изменение магнитного поля в окружности контура

Влияние электромагнетизма на проводящие контуры

Индукционный ток при движении проводящего контура в постоянном магнитном поле вызывает силу Лоренца, действующую на свободные заряды в проводнике.

Изменение в магнитном поле

Индукционный ток в неподвижном замкнутом контуре, находящемся в переменном магнитном поле, вызывается электрическим полем, порождаемым переменным магнитным полем, известным как вихревое электрическое поле.

Электромагнетизм в действии

Отличие вихревого электрического поля от электростатического обусловлено изменениями во времени внешнего магнитного поля.

Правило Ленца

Правило Ленца объясняет явление индукционного тока в проводящих контурах. Если магнитный поток через контур изменяется, индукционный ток создает магнитное поле, направленное так, чтобы компенсировать это изменение.

Закон ЭМИ

Закон ЭМИ утверждает, что ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через контур, что подчиняется правилу Ленца.

Задачи для понимания

1. Во сколько раз уменьшится частота малых свободных колебаний математического маятника, если длину нити увеличить в 9 раз, а массу груза уменьшить в 4 раза?
2. Пружина жёсткостью 400 Н/м совершает колебания. Какая жёсткость пружины нужна, чтобы период колебаний груза стал в 2 раза меньше?

“Применение вихревого электрического поля (токи Фуко)”

Физика: Решение задач

Задача 1

Полый стальной шар массой 10 кг плавает на поверхности озера. Объём шара равен 15 дм3. Чему равна сила Архимеда, действующая на шар?

Ответ: Н

Задача 2

Тело массой 0,2 кг подвешено к правому плечу невесомого рычага. Груз какой массы надо подвесить ко второму делению левого плеча рычага для достижения равновесия?

Ответ: кг

Задача 3

Ученик выполнял лабораторную работу по исследованию условий равновесия лёгкого рычага, к которому приложены силы F1 и F2. Результаты, которые он получил, представлены в таблице. l1 и l2 — плечи сил.

Каков модуль силы F2, если рычаг находится в равновесии?

Момент первой силы, действующей на рычаг, равен 50 Н⋅м. Какой должна быть вторая сила, чтобы рычаг находился в равновесии, если её плечо равно 0,5 м?

Задача 4

Период гармонических колебаний массивного груза на лёгкой пружине равен 1,8 с. В некоторый момент времени кинетическая энергия груза достигает максимума. Через какое минимальное время кинетическая энергия груза достигнет минимума?

Ответ: с

Задача 5

На кусок алюминия массой 0,54 кг при полном погружении в воду действует сила Архимеда, равная 2 Н. Чему равна при этом масса вытесненной воды?

Задача 6

На рисунке представлены графики зависимости координат двух тел от времени. Чему равно отношение частот колебаний этих тел?

Задача 7

Угол между зеркалом и падающим на него лучом составляет 60°. Определите угол отражения.

Ответ: °

Задача 8

Конденсатор, заряженный до разности потенциалов в первый раз подключили к катушке с индуктивностью L1, а во второй — к катушке с индуктивностью L2. Каково отношение периодов колебаний энергии конденсатора в этих двух случаях? Потерями энергии в контуре пренебречь.

Задача 9

Конденсатор, заряженный до разности потенциалов в первый раз подключили к катушке с индуктивностью L1, а во второй — к катушке с индуктивностью L2. В обоих случаях в получившемся контуре возникли незатухающие электромагнитные колебания. Каково отношение значений полной энергии колебаний?

Задача 10

Угол падения луча света на горизонтальное плоское зеркало равен 25°. Каким будет угол образованный падающим и отражённым лучами, если повернуть зеркало на 10°?

Задача 11

Предмет находится перед плоским зеркалом на расстоянии 80 см от него. Каким будет расстояние между предметом и его изображением в зеркале, если предмет приблизить к зеркалу на 35 см от первоначального положения?

Ответ: см

Задача 12

Луч света падает на плоское зеркало. Угол падения равен 10°. Определите угол между падающим и отражённым лучами.

Задача 13

Угол между зеркалом и отражённым от него лучом равен 30°. Определите угол падения.

Задача 14

В тонкой рассеивающей линзе получено уменьшенное в 3 раза изображение предмета. Определите модуль фокусного расстояния линзы, если изображение предмета находится на расстоянии от линзы.

Задача 15

Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.

Заключение

В данной статье были представлены различные физические задачи, требующие решения. Надеемся, что данное решение поможет вам лучше понять и применить физические законы в практике. Если у вас остались вопросы, не стесняйтесь обращаться за помощью к опытным специалистам. Спасибо за внимание!

Важные утверждения в электротехнике

Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения и укажите их номера.

Колебательный контур

В идеальном колебательном контуре, состоящем из конденсатора и катушки индуктивности, происходят свободные электромагнитные колебания. В таблице показано, как изменялся заряд одной из обкладок конденсатора в колебательном контуре с течением времени.

Проволочная рамка в магнитном поле

Проволочная рамка площадью 30 см2 помещена в однородное магнитное поле так, что плоскость рамки перпендикулярна вектору индукции Величина индукции магнитного поля изменяется во времени согласно графику на рисунке.

Катушки и цепь

Катушка №1 включена в электрическую цепь, состоящую из источника постоянного напряжения и реостата. Катушка №2 помещена внутрь катушки №1, и её обмотка замкнута.

Законы геометрической оптики

Школьник, изучая законы геометрической оптики, провёл опыт по преломлению света. Для этого он направил узкий пучок света на стеклянную пластину.

Электрические цепи

На железный сердечник надеты две катушки, как показано на рисунке. По правой катушке пропускают ток, который меняется согласно приведённому графику.

Формулы для расчетов

Исследуется электрическая цепь, собранная по схеме, представленной на рисунке. Определите формулы, которые можно использовать для расчетов показаний амперметра и вольтметра. Считать измерительные приборы идеальными, а сопротивление реостата полностью введённым в цепь.

Надеюсь, данная информация была полезной!

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) показания амперметра

Б) показания вольтметра

На рисунке показана цепь постоянного тока. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (где — ЭДС источника тока, — внутреннее сопротивление источника тока, — сопротивление резистора).

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) ток через источник при замкнутом ключе

Б) ток через источник при разомкнутом ключе

Спираль лампочки расположена вблизи главной оптической оси тонкой рассеивающей линзы с фокусным расстоянием, равным по модулю перпендикулярно этой оси. Расстояние от линзы до спирали меньше Затем рассеивающую линзу заменили на собирающую с фокусным расстоянием Установите соответствие между видом линзы, использовавшейся в опыте, и свойствами даваемого ею изображения.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

1. действительное, перевёрнутое, увеличенное

2. мнимое, прямое, уменьшенное

3. мнимое, прямое, увеличенное

4. действительное, перевёрнутое, уменьшенное

Конденсатор идеального колебательного контура длительное время подключён к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент переключатель K переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б отображают изменения с течением времени физических величин, характеризующих возникшие после этого свободные электромагнитные колебания в контуре ( — период колебаний).

Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимость которых от времени эти графики могут отображать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

1. сила тока в катушке

2. заряд левой обкладки конденсатора

3. заряд правой обкладки конденсатора

4. энергия магнитного поля катушки

Установите соответствие между формулами для расчёта физических величин в цепях постоянного тока и названиями этих величин. В формулах использованы обозначения: — сопротивление резистора; — мощность тока в резисторе; — напряжение на резисторе.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

1. мощность тока в резисторе

2. сопротивление резистора

3. сила тока

4. количество теплоты, выделяющееся в резисторе

Электрическая цепь на рисунке состоит из источника постоянного напряжения с ЭДС и внутренним сопротивлением и внешней цепи из двух одинаковых резисторов сопротивлением включённых параллельно. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) мощность тока, выделяющаяся на одном из резисторов

Б) мощность сторонних сил в источнике тока

Идеальный колебательный контур состоит из конденсатора электроёмкостью 50 мкФ и катушки индуктивности. Заряд на одной из пластин конденсатора изменяется во времени в соответствии с формулой (все величины выражены в СИ).

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, выражающими их зависимость от времени в условиях данной задачи.

на обкладках конденсатора

электрического поля конденсатора

Пучок монохроматического света переходит из воздуха в воду. Частота световой волны длина световой волны в воздухе — показатель преломления воды относительно воздуха —

А) скорость света в воздухе

Б) скорость света в воде

Протон массой и зарядом движется перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля по окружности со скоростью Действием силы тяжести пренебречь.

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) модуль ускорения протона

Б) период обращения протона по окружности

Идеальный колебательный контур состоит из конденсатора и катушки индуктивностью Напряжение на пластинах конденсатора изменяется во времени в соответствии с формулой

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, выражающими их зависимость от времени.

А) сила тока

Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре

Число протонов Число нейтронов

Сколько нейтронов содержится в ядре изотопа платины и сколько электронов в электронной оболочке нейтрального атома этого изотопа?

Число нейтронов Число электронов

Ядро таллия испытывает электронный β-распад, при этом образуются электрон и ядро элемента Каковы заряд (в единицах элементарного заряда) и массовое число ядра

Заряд ядра Массовое число ядра