Методические рекомендации и задания по физике для самостоятельной работы студентов (С.П. Степина, Н.Б. Бутко - Методические рекомендации и задания по физике для самостоятельной работы студентов), страница 6

По двум прямолинейным параллельным проводникам большой длины, расположенным в воздухе на расстоянии 20 см друг от друга, текут токи 24 А и 16 А. Найти геометрическое место точек, в которых напряженность магнитного поля равна нулю при противоположных и одинаковых направлениях токов в проводниках. 2. Катушка длиной 30 см имеет 1000 витков. Найти 34 напряженность магнитного поля внутри катушки, если по катушке проходит ток 2 А. Диаметр катушки считать малым по сравнению с ее длиной. 3. Два прямолинейных длинных параллельных проводника находя гся на раестоянии 10 см друг от друга. По проводникам в одном направлении текут токи 20 А и ЗОА. Какую работу надо совершить (на единицу проводника), чтобы раздвинуть эти проводники до расстояния 20 см? 4. Прямоугольная рамка из провода имеет длину 25 см и ширину 12 см.

Определить силу тока в рамке, если его магнитный момент равен 0,45А м~. 5. Рамка из провода, содержащая 25 витков, расположена в магнитном поле так, что через нее проходит внешний магнитный поток 0,012 Вб. Когда по виткам пропустили ток в 8,4 А, рамка повернулась и через нее стал проходить внешний магнитный поток 0,077 Вб. Определить работу, произведенную при повороте рамки. б. Электрон, ускоренный разностью потенциалов 300 В, движется параллельно прямолинейному длинному проводу на расстоянии 4 мм от него.

Какая сила действует на электрон, если по проводнику пустить ток 1=5 А? 7, Электрон, ускоренный разностью потенциалов 3 кВ, влетает в магнитное поле соленоида под углом 30 к его оси. Число ампер- о витков соленоида 5000А в. Длина соленоида 25 см. Найти шаг винтовой траектории электрона в магнитном поле. 8. Однозарядные ионы неона с массовыми числами 20 и 22, обладающие кинетической энергией 6,2 10 '~Дж, влетают в однородное магнитное поле перпендикулярно к его силовым линиям и, описав полуокружность, вылетают из поля двумя пучками. Определить расстояние между пучками, если магнитное поле находится в вакууме и его индукция 0„24 Тл.

1П вариант 1, На рисунке изображены сечения двух прямолинейных бесконечно длинных 35 проводников с током. Расстояние между проводниками АВ=10 см, токи 1, = 20А и' 1 ='ЗОА. Найти напряженности магнитного поля, вызванного токами 1, и Т, в точках М„М, и М . Расстояния МА =2см, АМ =4см и ВМ =Зсм. ,2. Обмотка катушки сделана из проволоки диаметром 0,8 мм. Витки плотно прилегают друг к другу. Считая катушку достаточно длинной, найти напряженность магнитного поля внутри катушки при токе 1 А.

3. Два прямолинейных длинных параллельных проводника находятся на некотором расстоянии друг от друга. По проводникам текут одинаковые токи в одном направлении. Найти токи, текущие по каждому из проводников, если известно, что для того, чтобы раздвинуть эти проводники на вдвое большее расстояние„пришлось совершить работу (на единицу длины проводников) 55 мкДж/м.

4. Определить радиус плоской катушки, имеющей 40 витков, если при токе 3 5 А она имеет магнитный момент, 1 33 А . м~ . 5. В однородном магнитном поле 0,25 Тл находится плоская рамка радиусом 25 см и числом витков 75. Угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции составляет 30~. Найти механический момент, который действует на рамку, если по ней течет ток 3 А. Какую работу надо совершить, чтобы удалить рамку из магнитного поля? 6., Найти кинетическую энергию протона, движущегося по дуге окружности радиусом 60 см в магнитном поле с индукцией 1 Тл. 7, Электрон, ускоренный разностью потенциалов 6 кВ, влетает в однородное магнитное поле под углом 30 к направлению поля и о движется по винтовой траектории. Индукция магнитного поля 13 мТл.

Найти радиус, и шаг винтовой траектории. 8. Однозарядные ионы изотопов калия с относительными атомными массами 39 и 41 ускоряются разностью потенциалов 300 В, затем они попадают в однородное магнитное поле, перпендикулярное направлению их движения. Индукция магнитного поля 0,08 Тл. Найти радиусы кривизны траекторий этих ионов. 36 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИИ Вопросы к коллоквиуму Опыты Фарадея по электромагнитной индукции и их объяснение.

Связь этих явлений с изменением магнитного потока. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Его вывод из закона сохранения энергии. Правило Ленца. Найти направление индукционного тока в рамке, вращающейся в однородном магнитном поле. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Способы изменения магнитного потока. Явление самоиндукции. ЭДС самоиндукции. Коэффициент самоиндукпии. Индуктивность. Единицы измерения индуктив ности. Правило Ленца в случае самоиндукции (пример).

Вычисление коэффициента самоицлукции соленоида (с сердечником и без сердечника). Явление взаимной индукции. ЭДС взаимной индукции. Вычисление коэффициента взаимной индукции двух катушек на одном ферромагнитном сердечнике. Использование явления индукции в генераторе переменного тока. От каких величин 'зависит его ЭДСОН Использование явления ' взаимной индукции в трансформаторе. Коэффициент трансформации. 10.

Вихревые токи (токи Фуко). Их действие; опьпы, обнаруживающие токи Фуко. 11. Экстратоки при размыкании цепи. Установление тока в цепи с ицдуктивностью. Опыты 12. Энергия магнитного поля. Энергия магнитного поля в соленоиде с индуктивностью Х,. Вычисление объемной плоскости магнитного поля (на примере однородного поля соленоида). Задачи к коллоквиуму 38 5 6 7 8 Рамка площадью 2 ему расположена перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Найти ЭДС индукции, если за время пг = 0.05 с магнитная индукцня равномерно уменьшается с В1=0.5 Тл'до Вз = 0.1 Тл.

(Ответ: 1.6 мВ) В магнитном поле с индукцией В = 500 Гс вращается стержень длиной 1 м с угловой скоростью ш = 20 рад/сек. Ось вращения перпендикулярна стержню, проходит через его конец и параллельна магнитному полю. Найти ЭДС индукции на концах стержня. (Ответ: 0.5 В) Рамка площадью Б = 150 смт равномерно вращается в однородном магнитном поле с частотой ч = 2.4 об/с. Ось вращения находится в плоскости рамки и составляет угол а = 30" с направлением магнитного поля. Максимальная ЭДС индукции во вращающейся рамке равна 0.09 В.

Какова индукция магнитного поля В? (Ответ: 0.8 Тл) Сколько витков имеет соленоид с индуктивностью 1. = 0.001 Гн? Диаметр соленоида )3 = 4см, диаметр проволоки д = 0.6 мм. Витки плотно прилегают друг к другу. (Ответ: 380) Найти энергию магнитного поля в железном сердечнике обьемом 400 смЗ, если индукция магнитного поля В = 1.2 Тл. (Ответ: 48 мДж) Сколько витков имеет катушка 1.

= 1 мГн, если при токе 1 = 1 А магнитный поток через катушку Ф = 200 максвелл? ~Ответ: 500) В однородном магнитном поле с индукцией 1000 Гс равномерно вращается катушка, состоящая из 100 витков проволоки. Катушка делает 5 об/с. Площадь поперечного сечения катушки! 00 ем~. Ось вращения перпендикулярна оси катушки и направлению магнитного поля. Найти максимальную ЭДС индукции во вращающейся катушке. (Ответ: 3.14 В) На один сердечник намотаны две катушки с коэффициентами самоиндукции 0.5 Гн и 0.,7 Гн, соответственно. Найти коэффвщиент взаимной индукции. Рассеяния магнитного поля нет. (Ответ: 0.6 Гн) Через катушку с индуктивностью Ь = 0.02 Гн идет ток 1=5з1паьг (А), Т = 0.02 с. Найти: 1)ЭДС самоиндукции в катушке, 2) энергию магнитного поля. (Ответ: 31.4 В, 0.25 Дж) 10. Соленоид с индуктивностью 1.

= 0.2 Гн и сопротивлением К = 1.64 Ом отключается от источника и замыкается накоротко. Во сколько раз уменьшится ток в соленоиде через Л1 = 0.05 с7 (Ответ: 1.5 раза) 11. В магнитном поле, индукция которого В = 0.1 Тл, помещена квадратная рамка из медной проволоки.

Площадь поперечного сечения проволоки з.=1мм~, площадь рамки Я = 25 ем', нормаль к плоскости рамки направлена по силовым линиям поля. Какое количество электричества пройдет по контуру рамки при исчезновении магнитного поля. (Ответ: о = 0.074 Кл) 12. Две катушки намотаны на один общий сердечник. Индуктивность первой катушки 0.2 Гн, второй — 0.8 Гн. Сопротивление второй катушки 600 Ом. Какой ток потечет во второй катушке, если ток в О. 3 А, текущий в первой катушке, выключить в течение 0.001 с7 (Ответ: 0.2 А) 13.

Трансформатор с коэффициентом трансформации 0,15 понижает напряжение с 220 В до б В. При этом сила тока во вторичной обмотке равна 6 А. Пренебрегая потерями энергии в первичной обмотке, определите сопротивление вторичной обмоткитрансформатора. (Ответ: 4,5 Ом) 14. Тороид с воздушным сердечником содержит 20 витков на 1 см. Определите объемную плотность энергии в тороиде, если по его обмотке протекает ток 3 А. (Ответ: 22,6 Джlм') Вопросы к лабораторным работам 1. '«Изучение устройства а работы трансформатора» 1.

Устройство трансформатора. 2. На каком явлении основан принцип действия трансформатора?- 3. Какую роль играет сердечник трансформатора? 4. Какой трансформатор называется понижающим (повышающим)? б. " Как уменьшить вихревые токи в сердечнике трансформатора? б, Чему равен коэффициент трансформации? 7. Начертить схему установки, 8.

Как зависит КПД трансформатора от нагрузки? Задания для самостоятельного решения 1 вариант 1. Рамка площадью 10 см2 и сопротивлением 1 Ом расположена перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Найти ток в рамке, если поле уменьшается равномерно со скоростью 8 кА/м в секунду. 2. Стержень длиной 1 м вращается в однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью ш = 30 рад/с. Ось вращения стержня параллельна магнитным силовым линиям поля и проходит через его конец. Определить ЭДС индукции, возникшую на концах стержня, если индукция магнитного поля В = 0.02 Гл. 3.