Контрольная работа по физике Электромагнитная индукция 11 класс

Контрольная работа по физике Электромагнитная индукция 11 класс с ответами. Контрольная работа включает 4 варианта, в каждом варианте по 6 заданий.

1 вариант

1. Рассчитайте разность потенциалов на концах крыль­ев самолета, имеющих длину 10 м, если скорость само­лета при горизонтальном полете 720 км/ч, а вертикаль­ная составляющая индукции магнитного поля Земли 0,5 ⋅ 10^-4 Тл.

2. Определите индуктивность катушки, если при ослаб­лении в ней тока на 2,8 А за 62 мс в катушке появляется средняя ЭДС самоиндукции 14 В.

3. В катушке, состоящей из 75 витков, магнитный поток равен 4,8 ⋅ 10^-3 Вб. За какое время должен исчезнуть этот поток, чтобы в катушке возникла средняя ЭДС индукции 0,74 В?

4. Магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур проводника сопротивлением 2,4 Ом, равномерно изме­нился на 6 Вб за 0,5 с. Какова сила индукционного тока в этот момент?

5. По горизонтальным рельсам, расположенным в верти­кальном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл, скользит проводник длиной 1 м с постоянной скоростью 10 м/с. Концы рельсов замкнуты на резистор сопротивлением 2 Ом. Найдите количество теплоты, которое выделится в резисторе за 4 с. Сопротивлением рельсов и проводника пренебречь.

6. Из алюминиевой проволоки сечением 1 мм² сделано кольцо радиусом 10 см. Перпендикулярно плоскости кольца за 0,01 с включают магнитное поле с индукцией 0,01 Тл. Найдите среднее значение индукционного тока, возникающего за это время в кольце.

2 вариант

1. В проводнике длиной 30 см, движущемся со скоростью 5 м/с перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля, возникает ЭДС, равная 2,4 В. Опреде­лите индукцию магнитного поля.

2. Какая ЭДС самоиндукции возникает в катушке с индуктивностью 90 мГн, если при размыкании цепи сила тока в 10 А уменьшается до нуля за 0,015 с?

3. Проводник длиной 40 см находится в однородном маг­нитном поле с индукцией 0,8 Тл. Проводник пришел в движение перпендикулярно силовым линиям, когда по нему пропустили ток 5 А. Определите работу магнитного поля, если проводник переместился на 20 см.

4. Поток магнитной индукции через площадь поперечно­го сечения катушки с 1000 витков изменился на 0,002 Вб в результате изменения силы тока с 4 А до 20 А. Найдите индуктивность катушки.

5. По двум вертикальным рельсам, расстояние между ко­торыми 50 см, а верхние концы замкнуты сопротивлени­ем 4 Ом, начинает скользить вниз без трения проводник массой 50 г. Вся система находится в однородном магнит­ном поле с индукцией 0,4 Тл, силовые линии которого перпендикулярны плоскости, проходящей через рельсы. Найдите скорость установившегося движения.

6. Рамка в форме квадрата со стороной 10 см имеет сопро­тивление 0,01 Ом. Она равномерно вращается в однород­ном магнитном поле с индукцией 50 мТл вокруг оси, ле­жащей в плоскости рамки и перпендикулярной линиям индукции. Определите, какой заряд протечет через рам­ку при изменении угла между вектором магнитной ин­дукции и нормалью к рамке от 0 до 30°.

3 вариант

1. Магнитный поток внутри катушки с числом витков, равным 400, за 0,2 с изменился от 0,1 Вб до 0,9 Вб. Опре­делите ЭДС на зажимах катушки.

2. С какой скоростью надо перемещать проводник дли­ной 50 см в однородном магнитном поле с индукцией 0,4 Тл под углом 60° к силовым линиям, чтобы в провод­нике возникла ЭДС, равная 1 В?

3. Магнитный поток, пронизывающий контур проводни­ка, равномерно уменьшился на 1,6 Вб. За какое время из­менился магнитный поток, если при этом ЭДС индукции оказалась равной 3,2 В?

4. Катушка диаметром 4 см находится в переменном маг­нитном поле, силовые линии которого параллельны оси катушки. При изменении индукции поля на 1 Тл в тече­ние 6,28 с в катушке возникла ЭДС 2 В. Сколько витков имеет катушка?

5. Плоский проволочный виток площадью 1 000 см², имеющий сопротивление 2 Ом, расположен в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл таким образом, что его плоскость перпендикулярна линиям магнитной ин­дукции. На какой угол был повернут виток, если при этом по нему прошел заряд 7,5 мКл?

6. В однородном магнитном поле с ин­дукцией 20 мТл расположены верти­кально на расстоянии 80 см друг от друга два проволочных прута, замкну­тых наверху. Плоскость, в которой расположены прутья, перпендикулярна направлению линий индукции магнитного поля. По прутьям с постоянной скоростью 1,5 м/с скользит вниз перемычка массой 1,2 г (рис. 131).

Определите ее сопро­тивление, считая, что при движении контакт перемычки с прутьями не нарушается. Трением пренебречь.

4 вариант

1. Определите индуктивность катушки, если при измене­нии силы тока в ней со скоростью 50 А/с возникает ЭДС самоиндукции в 20 В.

2. Автомобиль «Волга» едет со скоростью 120 км/ч. Определите разность потенциалов на концах перед­ней оси машины, если длина оси 180 см, а вертикаль­ная составляющая индукции магнитного поля Земли 5 ⋅ 10^-5 Тл.

3. Какая ЭДС самоиндукции возникает в катушке индуктивностью 68 мГн, если сила тока в 3,8 А убывает до ну­ля в ней за 0,012 с?

4. Какую работу надо совершить при перемещении на 0,25 м проводника длиной 0,4 мс током 21 А в однород­ном магнитном поле с индукцией 1,2 Тл?

5. Кольцо радиусом 1 м и сопротивлением 0,1 Ом поме­щено в однородное магнитное поле с индукцией 0,1 Тл. Плоскость кольца перпендикулярна вектору индукции поля. Какой заряд пройдет через поперечное сечение кольца при исчезновении поля?

6. Рамка в форме равностороннего треугольника помеще­на в однородное магнитное поле с индукцией 0,08 Тл, на­правленной под углом 60° к плоскости рамки. Найдите длину стороны рамки, если известно, что при равномер­ном исчезновении поля в течение 0,03 с в рамке возникла ЭДС индукции, равная 10 мВ.

Ответы на контрольную работа по физике Электромагнитная индукция 11 класс
1 вариант
1. 0,1 В
2. 0,31 Гн
3. 0,49 с
4. 5 А
5. 0,02 Дж
6. 1,79 А
2 вариант
1. 1,6 Тл
2. 60 В
3. 0,32 Дж
4. 0,125 Гн
5. 50 м/с
6. 6,75 мКл
3 вариант
1. 1600 В
2. 5,8 м/с
3. 0,5 с
4. 10 000
5. 120°
6. 32 мОм
4 вариант
1. 0,4 Гн
2. 0,003 В
3. 21,5 В
4. 2,52 Дж
5. 3,14 Кл
6. 0,13 м

PDF-версия
Контрольная работа Электромагнитная индукция 11 класс
(183 Кб, pdf)

Контрольная работа по теме «Магнитное поле. Явление электромагнитной индукции» | Учебно-методический материал по физике (11 класс):

Опубликовано 27.12.2019 — 8:58 — Кондратова Галина Борисовна

Контрольная работа по теме «Магнитное поле. Явление электромагнитной индукции» Физика 11 класс. Базовый уровень

 

Контрольная работа по теме «Явление электромагнитной индукции и самоидукции». Физика 11 класс. Углубленный уровень

Скачать:

Предварительный просмотр:

Контрольная работа по теме «Явление электромагнитной индукции и самоидукции»

Вариант 1

1. Какой магнитный поток создается однородным магнитным полем индукцией 0,5 Тл, который пронизывает квадратную рамку со стороной 20 см? Рамка расположена под углом 30° к линиям магнитной индукции.
2. За ∆t = 3с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, равномерно уменьшается от 15 мВб  до нуля. Определите ЭДС, которая генерируется при этом в рамке.
3. В опыте по наблюдению электромагнитной индукции квадратная рамка из одного витка тонкого провода находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция магнитного поля равномерно возрастает от 0 до максимального значения Вмак за время Т. При этом в рамке возбуждается ЭДС индукции, равная 8мВ. Определите ЭДС индукции, возникающую в рамке, если Т уменьшить в 2 раза, а Вмак в 2 раза увеличить.
4. При движении проводника в однородном магнитном поле между его концами возникает ЭДС индукции 2 мВ. Чему равна ЭДС индукции при увеличении индукции магнитного поля в 2 раза?
5. На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн. Определите модуль ЭДС самоиндукции в интервале времени от 5 до 6с
6. В проводнике индуктивностью 3мГн сила тока в течении 0,4с равномерно возрастает некоторого значения до 10А. При этом в проводнике возникает ЭДС самоиндукции 0,03В. Определите начальное  значение силы тока в проводнике.
7. Чему равна индуктивность катушки, если при силе тока 4А энергия ее магнитного поля равна 0,01 Дж.
8. Кольцо радиусом 15 см из тонкой проволоки сопротивлением 0,2 Ом находится в однородном магнитном поле, линии индукции которого направлены перпендикулярно плоскости кольца. За какое время в кольце выделится количество теплоты 2мДж, если магнитная индукция убывает со скоростью 0,2 Тл/с.
9. Соленоид длиной 50 см и диаметром 0,8 см имеет 20 000 витков медного  провода  и  находится  под  постоянным  напряжением. Определить время, в течение которого в обмотке соленоида выделится количество теплоты, равное энергии магнитного поля в соленоиде. Удельное сопротивление меди 1,7 Ом· м.
10. Проволочный виток площадью 1 см2, имеющий сопротивление 1 мОм, пронизывается однородным магнитным полем, линии индукции которого перпендикулярны к плоскости витка. Магнитная индукция изменяется со скоростью 0,01 Тл/с. Какое количество теплоты выделится в витке за единицу времени?

Контрольная работа по теме «Явление электромагнитной индукции и самоидукции»

Вариант 2.

1. Чему равна сторона квадратной рамки, ели однородное магнитное поле индукцией 0,5 Тл, пронизывающее эту рамку, создает магнитный поток 0,01 Вб? Рамка расположена под углом 30° к вектору магнитной индукции.
2. За ∆t = 2с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, равномерно уменьшается от некоторого значения Ф  до нуля. При этом ы рамке генерируется ЭДС равная 2 мВ. Определите начальный магнитный поток Ф через рамку.
3. В опыте по наблюдению электромагнитной индукции квадратная рамка из одного витка тонкого провода находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция магнитного поля равномерно возрастает от 0 до максимального значения Вмак  за время Т. При этом в рамке возбуждается ЭДС индукции, равная 8мВ. Определите ЭДС индукции, возникающую в рамке, если Т увеличить в 2 раза, а Вмак в 2 раза уменьшить.
4. При движении проводника в однородном магнитном поле между его концами возникает ЭДС индукции 4 мВ. Чему будет равна ЭДС индукции при уменьшении скорости движения проводника в 2 раза?
5. На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн. Определите модуль ЭДС самоиндукции в интервале времени от 1 до 5 с
6. В проводнике индуктивностью 5мГн сила тока в течение 0,2с равномерно возрастает с 2А до какого -то конечного значения. При этом в проводнике возникает ЭДС самоиндукции 0,2В. Определите конечное  значение силы тока в проводнике.
7.  Определите энергию магнитного поля катушки индуктивностью 200 мкГн при силе тока в ней 3А.
8. Проводящий стержень  длиной 20 см движется поступательно в однородном магнитном поле со скоростью 1 м/с так, что угол между стержнем и вектором скорости равен 30 °. ЭДС индукции в стержне равна 0,05 В. Чему равна индукция магнитного поля?
9. Обмотка электромагнита имеет индуктивность 0,5 Гн, сопротивление 15 Ом и находится под постоянным напряжением. Определить время, в течение которого в обмотке выделится количество теплоты, равное энергии магнитного поля в сердечнике электромагнита.
10. Через поперечное сечение катушки индуктивностью 12 мГн проходит заряд 6 •10-2 Кл за 0,01 с в течение длительного времени. Каковы энергия магнитного поля и магнитный поток внутри катушки? Чему будет равна ЭДС самоиндукции, возникающая в момент размыкания цепи, если магнитный ноток уменьшится до нуля за 0,05 с?

Предварительный просмотр:

Контрольная работа по теме «Магнитное поле. Явление электромагнитной индукции»

1 вариант

1. Какой магнитный поток пронизывает плоскую поверхность площадью 50 см2 при индукции поля 0,4 Тл, если эта поверхность расположена под углом 45˚ к вектору индукции? Сделайте рисунок.
2. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длиной активной части 5 см действует сила 50мН? Сила тока в проводнике 25А. Проводник расположен перпендикулярно индукции магнитного поля.
3. Какая сила действует на протон, движущийся со скоростью  10Мм/с в магнитном поле с индукцией 0,2 Тл перпендикулярно линиям индукции?
4. Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 50см2, чтобы при изменении магнитной индукции с 0,2 до 0,3 Тл в течение 4 мс в ней возбуждалась ЭДС 10В?
5. Найти индуктивность проводника, в котором равномерное изменение силы тока на 2 А за 0,25 с возбуждает ЭДС самоиндукции 20 мВ.
6. В катушке индуктивностью 0,6 Гн сила тока равна 20 А. Какова энергия магнитного поля этой катушки? Как изменится энергия магнитного поля, если сила тока уменьшится вдвое?
7. Определите знак заряда частицы, движущейся в магнитном поле. Направления векторов скорости и ускорения частицы указаны на рисунке.

	1)	положительный заряд
	2)	отрицательный заряд
	3)	может быть как положительным, так и отрицательным
	4)	нейтральная частица

8.  На рисунке приведена демонстрация опыта по проверке правила Ленца.

Опыт проводится со сплошным кольцом, а не разрезанным, потому что

	1)	сплошное кольцо сделано из стали, а разрезанное – из алюминия
	2)	в сплошном кольце не возникает вихревое электрическое поле, а в разрезанном – возникает
	3)	в сплошном кольце возникает индукционный ток, а в разрезанном – нет
	4)	в сплошном кольце возникает ЭДС индукции, а в разрезанном – нет

9. Как взаимодействуют два параллельных проводника, если направления электрического тока в них противоположны?

	1)	не взаимодействуют
	2)	притягиваются
	3)	отталкиваются
	4)	поворачиваются в одинаковом направлении

10. На рисунке показано изменение силы тока I в катушке индуктивности от времени t. Модуль ЭДС самоиндукции принимает равные значения в промежутках времени:

	1)	0 – 1 с и 1 – 3 с
	2)	3 – 4 с и 4 – 7 с
	3)	1 – 3 с и 4 – 7 с
	4)	0 – 1 с и 3 – 4 с

---

Контрольная работа по теме «Магнитное поле. Явление электромагнитной индукции»

2 вариант

1. Участок проводника длиной 10 см находится в магнитном поле индукцией 50 мТл. Сила Ампера при перемещении проводника на 8 см в направлении своего действия совершает работу 0,004 Дж. Чему равна сила тока, протекающего по проводнику? Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.
2. Какой магнитный поток пронизывает плоскую поверхность площадью 50 см2 при индукции поля 0,4 Тл, если эта поверхность расположена под углом 30˚ к вектору индукции? Сделайте рисунок.
3. Протон влетает в магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции. Найти скорость протона, если магнитная индукция поля равна 0,2 Тл, сила, действующая на протон в магнитном поле равна 0,32пН.
4. За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции.
5. Какой магнитный поток возникает в контуре индуктивностью 0,2 мГн при силе тока 10 А?
6. В катушке сила тока равномерно увеличивается со скоростью 2 А/с. При этом в ней возникает ЭДС самоиндукции 20 В. Какова энергия магнитного поля катушки при силе тока в ней 5 А?
7. Электрон e–, влетевший в зазор между полюсами электромагнита, имеет горизонтально направленную скорость , перпендикулярную вектору индукции магнитного поля (см.  рисунок). Куда направлена действующая на электрон

сила Лоренца ?

	1)	вертикально вниз
	2)	вертикально вверх
	3)	горизонтально влево
	4)	горизонтально вправо

8. Замкнутый виток провода находится в магнитном поле, перпендикулярном плоскости витка, и своими концами замкнут на амперметр. Магнитная индукция поля меняется с течением времени согласно графику на рисунке. В какой промежуток времени амперметр покажет наличие электрического тока в витке?

	1)	от 0 с до 1 с
	2)	от 1 с до 3 с
	3)	от 3 с до 4 с
	4)	во все промежутки времени от 0 с до 4 с

9. Какой процесс объясняется явлением электромагнитной индукции?

	1)	Возникновение электрического тока в замкнутой катушке при увеличении силы тока в другой катушке, находящейся рядом с ней.
	2)	Отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током.
	3)	Взаимодействие двух проводов с током.
	4)	Возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном поле.

10. Постоянный магнит вводят в замкнутое алюминиевое кольцо

 на тонком длинном подвесе (см. рисунок). Первый раз –

 северным полюсом, второй раз – южным полюсом. При

этом

	1)	в обоих опытах кольцо отталкивается от магнита
	2)	в обоих опытах кольцо притягивается к магниту
	3)	в первом опыте кольцо отталкивается от магнита, во втором – кольцо притягивается к магниту
	4)	в первом опыте кольцо притягивается к магниту, во втором – кольцо отталкивается от магнита

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Контрольная работа (формат ЕГЭ) «Магнитное поле.

Электромагнитная индукция» 11 класс

Контрольная работа «Магнитное поле. Электромагнитная индукция» 11 класс. 4 варианта. (автор Годова И.В. «Контрольные работы в новом формате», 2011). Работа состоит из трех блоков: части А,В,С. Всего в…

1курс СПО (11класс). Кратковременные самостоятельные работы по темам «Магнитное поле» и « Электромагнитная индукция».

Кратковременные самостоятельные работы  по темам «Магнитное поле» и « Электромагнитная индукция» содержат  по 30 вариантов заданий. Можно использовать, как обобщение по соответств…

тест по теме Основы электродинамики (Магнитное поле. Явление электромагнитной индукции)

тест из 30 заданий средней сложности Основы электродинамики….

Контрольная работа по теме «Магнитное поле» 11 класс

Работа составлена с учетом тех изменений, которые внесены в КИМах ЕГЭ — 2015 по физике, с исключением тестовых заданий, число которых заметно сократилось….

Контрольная работа по физике «Магнитное поле.

Электромагнитная индукция.» 11 класс,учебник Мякишева

Контрольная работа по физике «Магнитное поле.Электромагнитная индукция.» 11 класс,к учебнику Мякишева.Работа состоит из двух вариантов….

Контрольная работа по теме «Магнитное поле. Электромагнитная индукция.»

Контрольная работа по теме  «Магнитное поле. Электромагнитная индукция.»для учащихся 11 класса….

Изучение темы «Индукция магнитного поля. Явление электромагнитной индукции» в помощь учителю физики

Урок построен с использованием технологии «критическое мышление». Материал делится на смысловые единицы, передача каждой из которых строится в цикле «вызов – осмысление &ndash…

Поделиться:

 

20.3 Электромагнитная индукция — физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Объяснять, как изменяющееся магнитное поле создает ток в проводе
• Расчет индуцированной электродвижущей силы и тока

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

• (5) Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Г) исследовать и описывать взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Кроме того, в Руководстве по физике для старшей школы OSX рассматривается содержание этого раздела лабораторной работы под названием «Магнетизм», а также следующие стандарты:

• (5) Научные концепции. Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Г) исследовать и описывать взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Основные термины раздела

ЭДС

индукция

магнитный поток

Изменение магнитных полей

В предыдущем разделе мы узнали, что ток создает магнитное поле.

Если природа симметрична, то, возможно, магнитное поле может создавать ток. В 1831 году, примерно через 12 лет после открытия того, что электрический ток создает магнитное поле, английский ученый Майкл Фарадей (1791–1862) и американский ученый Джозеф Генри (1797–1878) независимо продемонстрировали, что магнитные поля могут создавать токи. Основной процесс генерации токов магнитными полями называется индукцией; этот процесс также называют магнитной индукцией, чтобы отличить его от индукционной зарядки, в которой используется электростатическая кулоновская сила.

Когда Фарадей открыл то, что сейчас называется законом индукции Фарадея, королева Виктория спросила его, как можно использовать электричество. «Мадам, — ответил он, — что хорошего в ребенке?» Сегодня токи, вызванные магнитными полями, необходимы для нашего технологического общества. Электрический генератор, который можно найти во всем, от автомобилей до велосипедов и атомных электростанций, использует магнетизм для выработки электрического тока.

К другим устройствам, использующим магнетизм для индукции тока, относятся катушки звукоснимателей в электрогитарах, трансформаторы любого размера, некоторые микрофоны, ворота безопасности в аэропортах и ​​демпфирующие механизмы на чувствительных химических весах.

Один из экспериментов Фарадея для демонстрации магнитной индукции заключался в перемещении стержневого магнита через проволочную катушку и измерении результирующего электрического тока через провод. Схема этого эксперимента показана на рис. 20.33. Он обнаружил, что ток индуцируется только тогда, когда магнит движется относительно катушки. Когда магнит неподвижен относительно катушки, ток в катушке не индуцируется, как показано на рис. 20.33. Кроме того, перемещение магнита в противоположном направлении (сравните рис. 20.33 с рис. 20.33) или изменение полюсов магнита (сравните рис. 20.33 с рис. 20.33) приводит к возникновению тока в противоположном направлении.

Рисунок 20.33 Движение магнита относительно катушки производит электрические токи, как показано. Такие же токи возникают, если катушку перемещать относительно магнита. Чем больше скорость, тем больше величина тока, а ток равен нулю, когда нет движения. Ток, возникающий при перемещении магнита вверх, имеет направление, противоположное току, возникающему при перемещении магнита вниз.

Виртуальная физика

Закон Фарадея

Попробуйте эту симуляцию, чтобы увидеть, как движение магнита создает ток в цепи. Лампочка загорается, чтобы показать, когда течет ток, а вольтметр показывает падение напряжения на лампочке. Попробуйте провести магнит через катушку с четырьмя витками и через катушку с двумя витками. Какая катушка при той же скорости магнита выдает большее напряжение?

Когда северный полюс находится слева, а магнит перемещается справа налево, возникает положительное напряжение, когда магнит входит в катушку. Напряжение какого знака получится, если повторить опыт с южным полюсом слева?

1. Знак напряжения изменится, потому что направление тока изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

2. Знак напряжения останется прежним, потому что направление тока не изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

3. Знак напряжения изменится, потому что величина протекающего тока изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

4. Знак напряжения останется прежним, поскольку величина протекающего тока не изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

Индуцированная электродвижущая сила

Если в катушке индуцируется ток, Фарадей рассудил, что должно существовать то, что он назвал электродвижущей силой , проталкивающей заряды через катушку. Эта интерпретация оказалась неверной; вместо этого внешний источник, выполняющий работу по перемещению магнита, добавляет энергию к зарядам в катушке. Энергия, добавляемая на единицу заряда, имеет единицы вольт, поэтому электродвижущая сила на самом деле представляет собой потенциал. К сожалению, название «электродвижущая сила» прижилось, а вместе с ним и возможность спутать его с реальной силой. По этой причине мы избегаем термина

электродвижущая сила и просто используйте аббревиатуру ЭДС , имеющую математический символ ε.ε. ЭДС можно определить как скорость, с которой энергия извлекается из источника на единицу тока, протекающего по цепи. Таким образом, ЭДС представляет собой энергию на единицу заряда , добавляемую источником, что контрастирует с напряжением, которое представляет собой энергию на единицу заряда , высвобождаемую при протекании зарядов по цепи.

Чтобы понять, почему в катушке возникает ЭДС из-за движущегося магнита, рассмотрим рис. 20.34, на котором показан стержневой магнит, движущийся вниз относительно проволочной петли. Первоначально через петлю проходят семь силовых линий магнитного поля (см. изображение слева). Поскольку магнит удаляется от катушки, только пять силовых линий магнитного поля проходят через петлю через короткое время ΔtΔt (см. изображение справа). Таким образом, когда происходит изменение числа силовых линий магнитного поля, проходящих через область, определяемую проволочной петлей, в проволочной петле индуцируется ЭДС. Подобные эксперименты показывают, что ЭДС индукции пропорциональна скорость изменения магнитного поля. Математически мы выражаем это как

ε∝ΔBΔt,ε∝ΔBΔt,

20,24

где ΔBΔB — изменение величины магнитного поля за время ΔtΔt, а A — площадь петли.

Рисунок 20. 34 Стержневой магнит движется вниз по отношению к проволочной петле, так что количество силовых линий магнитного поля, проходящих через петлю, со временем уменьшается. Это приводит к тому, что в петле индуцируется ЭДС, создающая электрический ток.

Обратите внимание, что силовые линии магнитного поля, лежащие в плоскости проволочной петли, на самом деле не проходят через петлю, как показано крайней левой петлей на рис. 20.35. На этом рисунке стрелка, выходящая из петли, представляет собой вектор, величина которого равна площади петли и направление которого перпендикулярно плоскости петли. На рис. 20.35 при повороте петли от θ=90°θ=90° до θ=0°, θ=0° вклад силовых линий магнитного поля в ЭДС увеличивается. Таким образом, для создания ЭДС в проволочном контуре важна составляющая магнитного поля, равная перпендикулярно плоскости контура, который равен Bcosθ.Bcosθ.

Это аналог паруса на ветру. Думайте о проводящей петле как о парусе, а о магнитном поле — как о ветре. Чтобы максимизировать силу ветра, действующую на парус, парус ориентируют так, чтобы вектор его поверхности указывал в том же направлении, что и ветер, как в самой правой петле на рис. 20.35. Когда парус выровнен так, что вектор его поверхности перпендикулярен ветру, как в крайней левой петле на рис. 20.35, тогда ветер не действует на парус.

Таким образом, с учетом угла магнитного поля по отношению к площади пропорциональность E∝ΔB/ΔtE∝ΔB/Δt становится равной

E∝ΔBcosθΔt.E∝ΔBcosθΔt.

20,25

Рисунок 20.35 Магнитное поле лежит в плоскости крайнего левого контура, поэтому в этом случае оно не может генерировать ЭДС. Когда петлю поворачивают так, что угол магнитного поля с вектором, перпендикулярным площади петли, увеличивается до 90°90° (см. самую правую петлю), магнитное поле вносит максимальный вклад в ЭДС в петле. Точки показывают, где силовые линии магнитного поля пересекают плоскость, определяемую петлей.

Другой способ уменьшить количество силовых линий магнитного поля, проходящих через проводящую петлю на рис. 20.35, — не перемещать магнит, а уменьшить петлю. Эксперименты показывают, что изменение площади проводящего контура в постоянном магнитном поле индуцирует в контуре ЭДС. Таким образом, ЭДС, создаваемая в проводящей петле, пропорциональна скорости изменения произведения перпендикулярного магнитного поля и площади петли

ε∝Δ[(Bcosθ)A]Δt,ε∝Δ[(Bcosθ)A]Δt,

20.26

, где BcosθBcosθ — перпендикулярное магнитное поле, а A — площадь контура. Произведение BAcosθBAcosθ очень важно. Оно пропорционально числу силовых линий магнитного поля, проходящих перпендикулярно через поверхность площадью A . Возвращаясь к нашей аналогии с парусом, это было бы пропорционально силе ветра на парусе. Он называется магнитным потоком и обозначается ΦΦ.

Φ=BAcosθΦ=BAcosθ

20,27

Единицей магнитного потока является вебер (Вб), то есть магнитное поле на единицу площади, или Тл/м ² . Вебер также является вольт-секундой (Vs).

ЭДС индукции фактически пропорциональна скорости изменения магнитного потока через проводящую петлю.

ε∝ΔΦΔtε∝ΔΦΔt

20,28

Наконец, для катушки из Н витков ЭДС в Н раз сильнее, чем для одиночного витка. Таким образом, ЭДС, индуцируемая переменным магнитным полем в катушке N петли это

ε∝NΔBcosθΔtA.ε∝NΔBcosθΔtA.

Последний вопрос, на который нужно ответить, прежде чем мы сможем преобразовать пропорциональность в уравнение: «В каком направлении течет ток?» Русский ученый Генрих Ленц (1804–1865) объяснил, что ток течет в направлении, создающем магнитное поле, которое пытается поддерживать постоянный поток в контуре. Например, снова рассмотрим рис. 20.34. Движение стержневого магнита приводит к уменьшению числа направленных вверх силовых линий магнитного поля, проходящих через петлю. Следовательно, в петле создается ЭДС, которая движет ток в направлении, создающем более направленные вверх силовые линии магнитного поля. Используя правило правой руки, мы видим, что этот ток должен течь в направлении, показанном на рисунке. Чтобы выразить тот факт, что ЭДС индукции действует на противодействие изменению магнитного потока через проволочный контур, в пропорциональность ε∝ΔΦ/Δt.ε∝ΔΦ/Δt., которая дает закон индукции Фарадея, вводится знак минус. 9) внутри катушки, направленной влево. Это будет противодействовать увеличению магнитного потока, направленного вправо. Чтобы увидеть, в каком направлении должен течь ток, укажите большим пальцем правой руки в нужном направлении магнитного поля B→катушка,B→катушка, и ток будет течь в направлении, указанном сгибанием пальцев правой руки. Это показано изображением правой руки в верхнем ряду рис. 20.36. Таким образом, ток должен течь в направлении, показанном на рис. 4(а).

На рис. 4(b) направление движения магнита изменено на противоположное. В катушке направленное вправо магнитное поле B→magB→mag из-за движущегося магнита уменьшается. Закон Ленца гласит, что, чтобы противодействовать этому уменьшению, ЭДС будет управлять током, который создает дополнительное магнитное поле, направленное вправо B → катушка B → катушка в катушке. Снова направьте большой палец правой руки в нужном направлении магнитного поля, и ток потечет в направлении, указанном сгибанием пальцев правой руки (рис. 4(b)).

Наконец, на рис. 4(с) магнит перевернут так, что южный полюс находится ближе всего к катушке. Теперь магнитное поле B→magB→mag указывает на магнит, а не на катушку. Когда магнит приближается к катушке, это вызывает увеличение направленного влево магнитного поля в катушке. Закон Ленца говорит нам, что ЭДС, индуцируемая в катушке, будет направлять ток в направлении, создающем магнитное поле, направленное вправо. Это будет противодействовать увеличивающемуся магнитному потоку, направленному влево из-за магнита. Повторное использование правила правой руки, как показано на рисунке, показывает, что ток должен течь в направлении, показанном на рисунке 4(c).

Рисунок 20.36 Закон Ленца говорит нам, что ЭДС магнитного поля будет вызывать ток, который сопротивляется изменению магнитного потока в цепи. Это показано на панелях (a)–(c) для различных ориентаций и скоростей магнита. Правые руки справа показывают, как применить правило правой руки, чтобы определить, в каком направлении течет индуцированный ток вокруг катушки.

Виртуальная физика

Электромагнитная лаборатория Фарадея

Эта симуляция предлагает несколько действий. Сейчас нажмите на вкладку Pickup Coil, которая представляет собой стержневой магнит, который вы можете перемещать через катушку. При этом вы можете видеть, как электроны движутся в катушке, и загорается лампочка, или вольтметр показывает напряжение на резисторе. Обратите внимание, что вольтметр позволяет вам видеть знак напряжения при перемещении магнита. Вы также можете оставить стержневой магнит в покое и двигать катушку, хотя наблюдать результаты будет труднее.

Исследования PhET: Электромагнитная лаборатория Фарадея Поиграйте со стержневым магнитом и катушками, чтобы узнать о законе Фарадея. Переместите стержневой магнит рядом с одной или двумя катушками, чтобы лампочка загорелась. Посмотрите на линии магнитного поля. Счетчик показывает направление и величину тока. Просмотрите линии магнитного поля или используйте измеритель, чтобы показать направление и величину тока. Вы также можете играть с электромагнитами, генераторами и трансформаторами!

Нажмите, чтобы просмотреть содержимое

Расположите стержневой магнит северным полюсом вправо и поместите приемную катушку справа от стержневого магнита. Теперь переместите стержневой магнит к катушке и посмотрите, как движутся электроны. Это та же самая ситуация, что изображена ниже. Течет ли ток в моделировании в том же направлении, как показано ниже? Объясните, почему да или почему нет.

1. Да, ток в симуляции течет, как показано, потому что направление тока противоположно направлению потока электронов.

2. Нет, ток в моделировании течет в противоположном направлении, потому что направление тока совпадает с направлением потока электронов.

Смотреть физику

Наведенный ток в проводе

В этом видео показано, как можно индуцировать ток в прямом проводе, перемещая его через магнитное поле. Лектор использует перекрестное произведение , которое является типом векторного умножения. Не волнуйтесь, если вы не знакомы с этим, оно в основном сочетает в себе правило правой руки для определения силы, действующей на заряды в проводе, с уравнением F=qvBsinθ.F=qvBsinθ.

Проверка захвата

Какая ЭДС возникает на прямолинейном проводе длиной 0,50 м, движущемся со скоростью (1,5 м/с) x^x^ через однородное магнитное поле (0,30 Тл) ẑ ? Провод лежит в направлении х . Кроме того, какой конец провода находится под более высоким потенциалом — пусть нижний конец провода будет на y = 0, а верхний конец на y = 0,5 м)?

1. 0,15 В и нижний конец провода будет под более высоким потенциалом
2. 0,15 В и верхний конец провода будет под более высоким потенциалом
3. 0,075 В и нижний конец провода будет под более высоким потенциалом
4. 0,075 В и верхний конец провода будет под более высоким потенциалом

Рабочий пример

ЭДС, индуцированная движущимся магнитом в проводящей катушке

Представьте, что магнитное поле проходит через катушку в направлении, указанном на рис. 20.37. Диаметр катушки 2,0 см. Если магнитное поле изменяется от 0,020 до 0,010 Тл за 34 с, каковы направление и величина индуцированного тока? Предположим, катушка имеет сопротивление 0,1 Ом.Ом.

Рисунок 20. 37 Катушка, через которую проходит магнитное поле B .

Стратегия

Используйте уравнение ε=−NΔΦ/Δtε=−NΔΦ/Δt, чтобы найти ЭДС индукции в катушке, где Δt=34sΔt=34s . Подсчитав количество петель в соленоиде, мы находим, что в нем 16 петель, поэтому N=16.N=16. Используйте уравнение Φ=BAcosθΦ=BAcosθ для расчета магнитного потока и мы использовали cos0°=1.cos0°=1. Поскольку площадь соленоида не меняется, изменение магнитного потока через соленоид равно

ΔΦ=ΔBπ(d2)2.ΔΦ=ΔBπ(d2)2.

20,31

Как только мы найдем ЭДС, мы можем использовать закон Ома, ε=IR,ε=IR, чтобы найти ток.

Наконец, закон Ленца говорит нам, что ток должен создавать магнитное поле, которое препятствует уменьшению приложенного магнитного поля. Таким образом, ток должен создавать магнитное поле справа.

Решение

Объединение уравнений ε=−NΔΦ/Δtε=−NΔΦ/Δt и Φ=BAcosθΦ=BAcosθ дает

ε=-NΔΦΔt=-NΔBπd24Δt. ε=-NΔΦΔt=-NΔBπd24Δt.

20,32

Решение закона Ома для тока и использование этого результата дает

εR=-NΔBπd24RΔt=-16(-0,010T)π(0,020м)24(0,10Ом)(34с)=15мкА.

20,33

Закон Ленца говорит нам, что ток должен создавать магнитное поле справа. Таким образом, мы направляем большой палец правой руки вправо и сгибаем правые пальцы вокруг соленоида. Ток должен течь в том направлении, в котором указывают наши пальцы, поэтому он входит в левый конец соленоида и выходит в правый конец.

Обсуждение

Давайте посмотрим, имеет ли смысл знак минус в законе индукции Фарадея. Определите направление магнитного поля как положительное. Это означает, что изменение магнитного поля отрицательно, как мы обнаружили выше. Знак минус в законе индукции Фарадея сводит на нет отрицательное изменение магнитного поля, оставляя нам положительный ток. Следовательно, ток должен течь в направлении магнитного поля, что мы и нашли.

Теперь попробуйте определить положительное направление как направление, противоположное направлению магнитного поля, т. е. положительное направление слева на рис. 20.37. В этом случае вы обнаружите отрицательный ток. Но поскольку положительное направление направлено влево, отрицательный ток должен течь вправо, что опять-таки согласуется с тем, что мы нашли, используя закон Ленца.

Рабочий пример

Магнитная индукция из-за изменения размера цепи

Цепь, показанная на рис. 20.38, состоит из U-образного провода с резистором, концы которого соединены скользящим токопроводящим стержнем. Магнитное поле, заполняющее площадь, ограниченную контуром, постоянно и составляет 0,01 Тл. Если стержень тянут вправо со скоростью v=0,50 м/с, v=0,50 м/с, какой ток индуцируется в контуре и в каком направление течет ток?

Рисунок 20.38 Схема слайдера. Магнитное поле постоянно, и стержень тянется вправо со скоростью против . Изменяющаяся площадь, окруженная цепью, индуцирует ЭДС в цепи.

Стратегия

Мы снова используем закон индукции Фарадея, E=-NΔΦΔt, E=-NΔΦΔt, хотя на этот раз магнитное поле постоянно, а площадь, ограниченная контуром, изменяется. Схема содержит один контур, поэтому N=1.N=1. Скорость изменения площади составляет ΔAΔt=vℓ.ΔAΔt=vℓ. Таким образом, скорость изменения магнитного потока равна

0005

20,34

где мы использовали тот факт, что угол θθ между вектором площади и магнитным полем равен 0°. Зная ЭДС, мы можем найти силу тока, используя закон Ома. Чтобы найти направление тока, применим закон Ленца.

Решение

Закон индукции Фарадея дает

E=-NΔΦΔt=-Bvℓ.E=-NΔΦΔt=-Bvℓ.

20,35

Решая закон Ома для тока и используя предыдущий результат для ЭДС, получаем =-BvℓR=-(0,010T)(0,50м/с)(0,10м)20Ом=25мкА.

20,36

По мере того, как стержень скользит вправо, магнитный поток, проходящий через цепь, увеличивается. Закон Ленца говорит нам, что индуцированный ток создаст магнитное поле, противодействующее этому увеличению. Таким образом, магнитное поле, создаваемое индуцированным током, должно проникать внутрь страницы. Скручивание пальцев правой руки вокруг петли по часовой стрелке приводит к тому, что большой палец правой руки указывает на страницу, что является желаемым направлением магнитного поля. Таким образом, ток должен течь по часовой стрелке вокруг цепи.

Обсуждение

Сохраняется ли энергия в этой цепи? Внешний агент должен тянуть стержень с достаточной силой, чтобы просто уравновесить силу, действующую на провод с током в магнитном поле — напомним, что F=IℓBsinθ.F=IℓBsinθ. Скорость, с которой эта сила действует на стержень, должна быть уравновешена скоростью, с которой цепь рассеивает мощность. Используя F=IℓBsinθ, F=IℓBsinθ, сила, необходимая для вытягивания проволоки с постоянной скоростью v , равна

Fpull=IℓBsinθ=IℓB,Fpull=IℓBsinθ=IℓB,

20,37

где мы использовали тот факт, что угол θθ между током и магнитным полем составляет 90°.90°. Подстановка приведенного выше выражения для тока в это уравнение дает

Fpull=IℓB=−BvℓR(ℓB)=−B2vℓ2R. Fpull=IℓB=−BvℓR(ℓB)=−B2vℓ2R.

20,38

Мощность, вносимая агентом, тянущим стержень, равна Fpullv, или Fpullv, или

Ppull=Fpullv=−B2v2ℓ2R.Ppull=Fpullv=−B2v2ℓ2R.

20,39

Мощность, рассеиваемая цепью, равна

Pрассеянное=I2R=(-BvℓR)2R=B2v2ℓ2R.Pрассеянное=I2R=(-BvℓR)2R=B2v2ℓ2R.

20.40

Таким образом, мы видим, что Ppull+Pdissipated=0,Ppull+Pdissipated=0, что означает сохранение мощности в системе, состоящей из цепи и агента, тянущего за стержень. Таким образом, в этой системе сохраняется энергия.

Практические задачи

11.

Магнитный поток через одну проволочную петлю изменяется с 3,5 Вб до 1,5 Вб за 2,0 с. Какая ЭДС возникает в контуре?

1. –2,0 В
2. –1,0 В
3. +1,0 В
4. +2,0 В

12.

Чему равна ЭДС катушки с 10 витками, через которую изменяется поток со скоростью 10 Вб/с?

1. –100 В
2. –10 В
3. +10 В
4. +100 В

Проверьте свое понимание

13.

Имея стержневой магнит, как можно индуцировать электрический ток в проволочной петле?

1. Электрический ток индуцируется, если рядом с проволочной петлей находится стержневой магнит.

2. Электрический ток индуцируется, если проволочная петля намотана на стержневой магнит.

3. Электрический ток индуцируется, если стержневой магнит перемещается по проволочной петле.

4. Электрический ток индуцируется, если стержневой магнит находится в контакте с проволочной петлей.

14.

Какие факторы могут вызвать индуцированный ток в проволочной петле, через которую проходит магнитное поле?

1. Наведенный ток можно создать, только изменив размер проволочной петли.

2. Наведенный ток можно создать, только изменив ориентацию проволочной петли.

3. Наведенный ток может быть создан только путем изменения силы магнитного поля.

4. Наведенный ток можно создать, изменив силу магнитного поля, изменив размер проволочной петли или изменив ориентацию проволочной петли.

Gonzaga 11 класс Университетская физика Домашнее задание

Дата	Урок	Текстовая ссылка и консолидация/Практика
19 января	Звук Тест на решение проблем Скорость Запись Sound Lab
		Подготовиться к Решение проблем CPT путем заполнения соответствующих вопросов в обзорах ниже (используйте контрольный список CPT, чтобы убедиться, что вы охватываете соответствующие концепции) Движение Концепции Обзор (ответы р1 р2 р3 п4) Силы Концепции Обзор (ответы) Энергия Концепции Обзор (ответы) Волны Концепции Общий Обзор (ответы)
20 января	Звуковые концепции и тест приложений Звук Приложения Тест	12 . 1 Магнитные поля 12 .2 Открытие Эрстеда
	Тест звуковых концепций Начало установки до стоячих волн в воздушных столбах с закрытым концом Проверка звуковых приложений Использование Контрольный список целей обучения МФ вокруг прямых проводников Смотреть это видео чтобы завершить обычный текущий поток примечание (моделирование) Смотреть это видео завершить Прямой проводник примечание к WB 120 (левая сторона)
21 января	Введение в Электромагнетизм — Соленоиды Мотор Принцип	12 . 5 Принцип двигателя
	МФ вокруг соленоидов Смотреть это видео чтобы завершить соленоид примечание к WB 120 (правая сторона) Мотор Принцип Смотреть это видео завершить двигательный принцип заметка на ВБ. 123	Домашнее задание: Рабочий лист по электромагнетизму ВБ 121 (ответы) Принцип работы двигателя ВБ 124 ( ответы ) Подготовиться к в CPT, заполнив соответствующие вопросы в отзывах ниже (используйте контрольный список CPT, чтобы убедиться, что вы охватываете соответствующие концепции) Движение Концепции Обзор (ответы р1 р2 р3 р4) Силы Концепции Обзор (ответы) Энергетика/Ядерная энергия Концепции Обзор (ответы) Волны Концепции Общий Отзыв (ответы)
24 января	ЕКПП часть 1 — Лаборатория движения снарядов	12 . 6 Двигатель постоянного тока
	ЕКПП часть 1 — Лаборатория движения снарядов	Домашнее задание: Ресурсы: Симулятор двигателя постоянного тока Симулятор двигателя постоянного тока 2
25 января	Применение электромагнетизма	12 .6 Двигатель постоянного тока
		Ресурсы: Веб-ссылки: Симулятор двигателя постоянного тока Как работает двигатель постоянного тока Видео о двигателе постоянного тока
26 января	КПП Часть 2 — Решение проблем Электромагнитная индукция Закон Ленца	13 . 1 Электромагнитная индукция   13 .2 Закон Ленца
		Веб-ссылки: Магнитный Моделирование индукции Генератор Моделирование Как Индукционная варочная панель Works Первый в мире Электрический генератор переменный ток против постоянного тока Текущий Внутри гидроэлектростанции (Плотина Гувера) Как работает энергосистема Как динамический Микрофон работает
27 января	Цепь Анализ	11,6-11,8 Анализ цепи
28 января	Ядерный Физика	7. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт