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Arbeit in der Physik
für Klasse 11
zu Lehrbuch „Physik. Klasse 11 „G.Ya Myakishev, B.B. Bukhovtsev, M.: "Aufklärung", 2000.
pädagogischer und praktischer Leitfaden
Übung 1 ………..……..………………………… | |
Kapitel 2 | |
Übung 2 ……...…..….…..……………………… | |
Kapitel 3. Herstellung, Übertragung und Verwendung | |
elektrische Energie | |
Übung 3 ………..……..…………………………… | |
Kapitel 4 | |
Übung 4 ………..……..………………………… | |
Kapitel 5 | |
Übung 5 ………..……..………………………… | |
Übung 6 ………..……..…………………………… | |
Kapitel 6 | |
Übung 7 ………..……..………………………… | |
Kapitel 8 | |
Übung 8 ………..……..………………………… | |
Kapitel 9. Atomphysik | |
Übung 9 ………..……..………………………… | |
Kapitel 10 | |
Übung 10 ………..……..………………………… | |
Laborarbeiten | |
Laborarbeit Nr. 1. .. …………………………. | |
Laborarbeit Nummer 2. .. …………………………. | |
Laborarbeit Nr. 3. .. …………………………. | |
Laborarbeit Nr. 4. .. …………………………. | |
Laborarbeit Nr. 5. .. …………………………. | |
Laborarbeit Nr. 6. .. …………………………. |
Kapitel 1. Elektromagnetische Induktion
Übung 1
Aufgabe Nummer 1
Der Schlüssel (im Diagramm in Abb. 1) wurde gerade geschlossen. Der Strom in der unteren Spule ist von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn. Welche Richtung hat der Strom in der oberen Spule, vorausgesetzt, sie steht still?
Als wir die Taste schlossen, floss ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die untere Spule. Nach der Gimlet-Regel können wir feststellen, dass der magnetische Induktionsvektor dieses Stroms nach oben gerichtet ist. Daher wirkt der induktive Strom der oberen Spule dieser Änderung mit seinem Feld entgegen (Lenzsche Regel). Daher sind die magnetischen Induktionslinien der oberen Spule B' nach unten gerichtet, und der Strom ist gemäß der Gimlet-Regel im Uhrzeigersinn gerichtet.
Aufgabe Nummer 2
Der Magnet (Abb. 2, b) wird aus der Spule herausgezogen. Bestimmen Sie die Richtung des induzierten Stroms in der Spule.
Indem wir den Magneten aus der Spule herausdrücken (z. B. durch den Nordpol), verringern wir somit den magnetischen Fluss durch jede Windung der Spule. Das Magnetfeld des induktiven Stroms der Spule kompensiert diese Änderung (Lenzsche Regel). Daher fließt der Induktionsstrom im Uhrzeigersinn (der magnetische Induktionsvektor der Spule B' ist nach unten gerichtet). Im umgekehrten Fall (wir ziehen den Magneten mit dem Pol S) beobachten wir das Gegenteil.
Aufgabe Nummer 3
Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms in einem massiven Ring, zu dem der Magnet gebracht wird
Indem wir einen Magneten an den Ring bringen, erhöhen wir dadurch den magnetischen Fluss durch die Oberfläche des Rings. Wenn der Magnet durch den Pol S gebracht wird, gehen die magnetischen Induktionslinien
aus dem Ring. Im Ring tritt ein induktiver Strom auf. Der magnetische Induktionsvektor des Ringfeldes ist gemäß der Lenz-Regel vom Magneten weg gerichtet. Daher fließt der Strom gegen den Uhrzeigersinn. Wenn der Magnet in die entgegengesetzte Richtung gebracht wird, passiert das Gegenteil.
Aufgabe Nummer 4
Die Stromstärke im Leiter OO' (Fig. 20) nimmt ab. Finden Sie die Richtung des induzierten Stroms im festen Stromkreis ABCD und die Richtung der Kräfte, die auf jeder Seite des Stromkreises wirken.
Zeichenebene. Wenn wir den Strom reduzieren, werden wir dadurch r
Β verringern. Daher ist auch der Durchfluss durch den Kreislauf
sinkt. Der Induktionsvektor Β ind des Feldes des Induktionsstromes ist nach der Lenz-Regel genauso gerichtet wie uB. Gemäß der Gimlet-Regel stellen wir fest, dass der Strom im Stromkreis im Uhrzeigersinn fließt. Mit der Linke-Hand-Regel lässt sich feststellen, dass sich die auf Stromleiter wirkenden Kräfte zunächst dehnen
Rahmen, der versucht, seine Fläche zu vergrößern, und zweitens ist ihre Resultierende auf einen geraden Leiter gerichtet.
Aufgabe Nummer 5
Der Metallring kann sich frei entlang des Spulenkerns bewegen, der im Gleichstromkreis enthalten ist (Abb. 21). Was passiert, wenn sich der Stromkreis schließt und öffnet?
Der Fall des Schließens und Öffnens des Stromkreises entspricht dem Anbringen und Entfernen eines Magneten zum Ring. Im ersten Fall wann
Wenn der Stromkreis geschlossen ist, fließt Strom (in der Spule) gegen den Uhrzeigersinn. Der magnetische Induktionsvektor eines gegebenen Stromfeldes ist nach links gerichtet (Gimlet-Regel). Nach der Lenzschen Regel wirkt der induzierte Strom seinem eigenen entgegen
Feld für diese Änderung. Daher ist der Vektor r
magnetische Induktion Β ind des induktiven Stroms ist nach rechts gerichtet. Daher sind der Ring und die Spule wie zwei Magnete, die mit gleichen Polen zueinander angeordnet sind. Sie stoßen ab.
Beim Öffnen verschwindet das nach rechts gerichtete Magnetfeld und der Induktionsstrom verhindert dies. Die magnetischen Induktionsvektoren seines Feldes sind ebenfalls nach rechts gerichtet. Daher wird der Ring von der Spule angezogen.
Aufgabe Nummer 6
Der Strom in der Spule steigt direkt proportional zur Zeit. Wie ist die zeitliche Abhängigkeit der Stromstärke in einer weiteren Spule, die mit der ersten induktiv gekoppelt ist?
Bei direkt proportionaler Erhöhung der Stromstärke in der Spule steigt auch der Betrag des Vektors B des Spulenfeldes direkt proportional mit der Zeit (V ~ t). Da Ф \u003d ВS cosα wächst auch der magnetische Fluss proportional zur Zeit (Ф ~ t).
Das gibt uns was
εi= | ∆Φ | Const ist währenddessen konstant | ich ind |
|||
∆t |
||||||
εi(t) | ||||||
Const ist auch konstant. | Nach Regel | |||||
entgegengesetzt zu I gerichtet ist. Dieser konstante Stromwert stellt sich aber nicht sofort ein. Der Grund dafür ist das Phänomen der Selbstinduktion.
Aufgabe Nummer 7
In welchem Fall klingen die Schwingungen des Pfeils eines magnetoelektrischen Geräts schneller ab: wenn die Anschlüsse des Geräts kurzgeschlossen oder offen sind?
Bei geschlossenen Klemmen klingen die Schwingungen des Pfeils schneller ab als bei geöffneten. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass der Betrieb eines magnetoelektrischen Geräts auf der Wechselwirkung eines sich bewegenden Stromkreises mit dem Magnetfeld eines Permanentmagneten beruht. Der durch die Schleife fließende Strom erzeugt Kräfte
Ampere, die wiederum ein Drehmoment erzeugen. Bei geöffneten Klemmen fließt kein Strom durch den Geräterahmen. Folglich schwingt der Rahmen, gedämpft durch Reibung. Und wenn die Klemmen geschlossen sind, werden die Schwingungen nicht nur durch Reibung gedämpft, sondern auch durch dissipative Prozesse, die auftreten, wenn ein induktiver Strom darin fließt.
Aufgabe Nummer 8
Der magnetische Fluss durch den Stromkreis eines Leiters mit einem Widerstand von 3 · 10–2 Ω ändert sich in 2 s um 1,2 · 10–2 Wb. Ermitteln Sie die Stromstärke im Leiter, wenn die Flussänderung gleichmäßig erfolgt.
Gegeben: Lösung:
R = 3 · 10–2 Ohm
∆t = 2 s
∆ Ф = 1,2 · 10–2 Wb
ICH-?
Nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist die Induktions-EMK ε i in einem geschlossenen Stromkreis gleich:
ε ich =∆ ∆ Φ t =∆ ∆ Φ t .
Der Strom I im Stromkreis ist nach dem Ohmschen Gesetz gleich: |
|||||||||||||
∆Φ | 1,2 10−2 | A = 0,2A |
|||||||||||
3 10-2 2 |
|||||||||||||
R R ∆t | |||||||||||||
wb | |||||||||||||
[Ι ]= | ν = 900 km/h = 250 m/s = = 2,5 · 102 m/sV = 5 · 10-2 T l = 12m εi - ? Lassen Sie uns die EMK der Induktion ε i berechnen, die in einem Leiter (Flugzeug) entsteht, der sich in einem einheitlichen Magnetfeld bewegt. Lassen Sie den Vektor der magnetischen Induktion Β senkrecht zu den Flügeln des Flugzeugs stehen und bilden Sie einen Winkel α mit die Richtung seiner Geschwindigkeit υ r . (Wenn die Induktion des magnetischen Feld B eine Komponente parallel zu den Flügeln ist, dann kann es bei der Lösung des Problems vernachlässigt werden, da diese Komponente die senkrecht zu den Flügeln gerichtete Lorentzkraft verursacht). | ||||||||||||
>> Richtung des Induktionsstroms. Lenzsche Regel
Indem man eine Spule, in der ein Induktionsstrom auftritt, an ein Galvanometer anschließt, kann man feststellen, dass die Richtung dieses Stroms davon abhängt, ob sich der Magnet der Spule (z. B. dem Nordpol) nähert oder sich von ihr entfernt (siehe Abb. 2.2, b).
entstehenden Induktionsstrom der einen oder anderen Richtung interagiert irgendwie mit dem Magneten (zieht ihn an oder stößt ihn ab). Eine Spule, durch die ein Strom fließt, ist wie ein Magnet mit zwei Polen - Nord und Süd. Die Richtung des Induktionsstroms bestimmt, welches Ende der Spule als Nordpol wirkt (die magnetischen Induktionslinien gehen davon aus). Aufgrund des Energieerhaltungssatzes lässt sich vorhersagen, in welchen Fällen die Spule den Magneten anzieht und in welchen Fällen sie ihn abstößt.
Wechselwirkung von Induktionsstrom mit einem Magneten. Wenn der Magnet näher an die Spule gebracht wird, erscheint darin ein Induktionsstrom in einer solchen Richtung, dass der Magnet notwendigerweise abgestoßen wird. Um den Magneten näher an die Spule zu bringen, muss positive Arbeit geleistet werden. Die Spule wird einem Magneten ähnlich, der mit dem gleichen Pol gedreht wird wie der sich ihm nähernde Magnet. Gleichnamige Pole stoßen sich ab.
Wenn der Magnet dagegen entfernt wird, entsteht in der Spule ein Strom in einer solchen Richtung, dass eine den Magneten anziehende Kraft auftritt.
Was ist der Unterschied zwischen den beiden Experimenten: der Annäherung des Magneten an die Spule und seiner Entfernung? Im ersten Fall nimmt die Anzahl der magnetischen Induktionslinien, die die Windungen der Spule durchdringen, oder, was gleich ist, der magnetische Fluss zu (Abb. 2.5, a), und im zweiten Fall ab (Abb. 2.5, b). Außerdem treten im ersten Fall die Induktionslinien des durch den in der Spule entstandenen Induktionsstrom erzeugten Magnetfeldes aus dem oberen Ende der Spule heraus, da die Spule den Magneten abstößt, und im zweiten Fall weiter im Gegenteil, sie treten in dieses Ende ein. Diese magnetischen Induktionslinien sind in Abbildung 2.5 schwarz dargestellt. Im Fall a ähnelt die Spule mit Strom einem Magneten, dessen Nordpol oben ist, und im Fall b - unten.
Ähnliche Schlussfolgerungen können anhand der in Abbildung 2.6 gezeigten Erfahrung gezogen werden. An den Enden des Stabes, der sich frei um eine vertikale Achse drehen kann, sind zwei leitfähige Aluminiumringe befestigt. Einer von ihnen hat einen Schnitt. Wenn Sie den Magneten ohne Schnitt zum Ring bringen, tritt darin ein Induktionsstrom auf, der so gerichtet ist, dass sich dieser Ring vom Magneten abstößt und sich die Stange dreht. Wenn Sie den Magneten vom Ring entfernen, wird er im Gegenteil vom Magneten angezogen. Der Magnet interagiert nicht mit dem geschnittenen Ring, da der Schnitt verhindert, dass der Induktionsstrom im Ring auftritt. Die Spule stößt einen Magneten ab oder zieht ihn an, es hängt von der Richtung des Induktionsstroms darin ab. Daher erlaubt uns das Energieerhaltungsgesetz, eine Regel zu formulieren, die die Richtung des Induktionsstroms bestimmt.
Jetzt sind wir zum Hauptpunkt gekommen: Bei einer Erhöhung des magnetischen Flusses durch die Spulenwindungen hat der Induktionsstrom eine solche Richtung, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld verhindert, dass der magnetische Fluss durch die Spulenwindungen zunimmt. Schließlich sind die Induktionslinien dieses Feldes gegen die Induktionslinien des Feldes gerichtet, deren Änderung einen elektrischen Strom erzeugt. Wenn der magnetische Fluss durch die Spule schwächer wird, dann die Induktion
Der Strom erzeugt ein Magnetfeld mit Induktion und erhöht den Magnetfluss durch die Windungen der Spule.
Dies ist der Kern der allgemeinen Regel zur Bestimmung der Richtung des Induktionsstroms, die in allen Fällen gilt. Diese Regel wurde vom russischen Physiker E. X. Lenz aufgestellt.
Nach der Regel von Lenz Der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende Induktionsstrom wirkt mit seinem Magnetfeld der Änderung des magnetischen Flusses entgegen, durch den er verursacht wird. Kurz gesagt kann diese Regel wie folgt formuliert werden: Der induktive Strom wird so gelenkt, dass er die Ursache stört, die ihn verursacht.
Wenden Sie die Lenz-Regel an, um die Richtung des Induktionsstroms im Stromkreis wie folgt zu ermitteln:
1. Bestimmen Sie die Richtung der magnetischen Induktionslinien des äußeren Magnetfelds.
2. Finden Sie heraus, ob der Fluss des magnetischen Induktionsvektors dieses Feldes durch die von der Kontur (Ф > 0) begrenzte Oberfläche zunimmt oder abnimmt (Ф< 0).
3. Stellen Sie die Richtung der magnetischen Induktionslinien des Magnetfelds des Induktionsstroms ein. Diese Linien sollten nach der Lenz-Regel den Linien der magnetischen Induktion bei Ф > 0 entgegengesetzt gerichtet sein und mit ihnen bei Ф die gleiche Richtung haben< 0.
4. Wenn Sie die Richtung der magnetischen Induktionslinien kennen, finden Sie die Richtung des Induktionsstroms mithilfe der Gimlet-Regel.
Die Richtung des Induktionsstroms wird mit dem Energieerhaltungssatz bestimmt. Der Induktionsstrom ist in allen Fällen so gerichtet, dass sein Magnetfeld eine Änderung des magnetischen Flusses verhindert, der dies verursacht Induktionsstrom.
1. Wie wird die Richtung des Induktionsstroms bestimmt?
2. Entsteht in einem Ring mit Schnitt ein elektrisches Feld, wenn man einen Magneten dazu bringt!
1. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms im massiven Ring, auf den der Magnet gebracht wird (siehe Abb. 2.6).
2. Stromstärke im Leiter OO"(siehe Abb. 2.20) nimmt ab. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms im festen Stromkreis ABCD und die Richtung der Kräfte, die auf jeder Seite des Stromkreises wirken.
3. Der Metallring kann sich frei entlang des Spulenkerns bewegen, der im Gleichstromkreis enthalten ist (Abb. 2.21). Was passiert, wenn sich der Stromkreis schließt und öffnet?
4. Der magnetische Fluss durch den Stromkreis eines Leiters mit einem Widerstand von 3 × 10 –2 Ohm ändert sich um 1,2 × 10 –2 Wb in 2 s. Bestimmen Sie die Stärke des Stroms im Leiter, wenn die Flussänderung gleichmäßig erfolgt.
5. Ein Flugzeug fliegt horizontal mit einer Geschwindigkeit von 900 km/h. Bestimmen Sie die Potentialdifferenz zwischen den Enden seiner Flügel, wenn das Modul der vertikalen Komponente der magnetischen Induktion des Erdmagnetfelds 5 · 10 -5 T beträgt und die Flügelspannweite 12 m beträgt.
6. Der Strom in der Spule ändert sich in einer Zeit von 3 s von 1 A auf 4 A. In diesem Fall tritt eine EMF der Selbstinduktion auf, die 0,1 V entspricht. Bestimmen Sie die Induktivität der Spule und die Änderung der Energie des durch den Strom erzeugten Magnetfelds.
7. In einer Spule mit einer Induktivität von 0,15 H und einem sehr kleinen Widerstand r beträgt die Stromstärke 4 A. Parallel zur Spule ist ein Widerstand mit dem Widerstandswert R geschaltet.<< r. Какое количество теплоты выделится в катушке и в резисторе после быстрого отключения источника тока?
Klären wir die wichtige Frage der Richtung des Induktionsstroms.
Indem wir die Spule, in der der Induktionsstrom auftritt, an das Galvanometer anbringen, stellen wir fest, dass die Richtung dieses Stroms davon abhängt, ob sich der Magnet der Spule nähert (z. B. dem Nordpol) oder sich von ihr entfernt (Abb. 240, b) .
Der resultierende induktive Strom der einen oder anderen Richtung interagiert mit dem Magneten. Eine stromdurchflossene Spule ist wie ein Magnet mit zwei Polen, Nord und Süd. Die Richtung des Induktionsstroms bestimmt, welches Ende der Spule die Rolle des Nordpols spielt (die Linien der magnetischen Induktion gehen davon aus) und welches Ende die Rolle des Südpols spielt (die Linien der magnetischen Induktion treten dort ein). Aufgrund des Energieerhaltungssatzes lässt sich vorhersagen, in welchen Fällen die Spule den Magneten anzieht und in welchen Fällen sie ihn abstößt.
Wechselwirkung von Induktionsstrom mit einem Magneten. Wenn der Magnet näher an die Spule gebracht wird, stößt der im Leiter auftretende Induktionsstrom den Magneten zwangsläufig ab. Um den Magneten näher an die Spule zu bringen, muss positive Arbeit geleistet werden. Die Spule wird wie ein Magnet, dessen gleicher Pol dem sich bewegenden Magneten zugewandt ist. Gleiche Pole stoßen sich ab.
Stellen Sie sich vor, die Dinge wären umgekehrt. Sie bewegten den Magneten in Richtung der Spule, und er würde von selbst hineinstürzen. Dies würde den Energieerhaltungssatz verletzen. Denn die kinetische Energie des Magneten würde zunehmen und gleichzeitig würde ein Strom entstehen, der Energieaufwand erfordert. Die kinetische Energie des Magneten und die Energie des Stroms würden ohne Energieaufwand aus dem Nichts entstehen.
Wenn dagegen ein Magnet entfernt wird, muss gemäß dem Energieerhaltungssatz eine Anziehungskraft auftreten.
Die Gültigkeit dieser Schlussfolgerung kann durch das in Abbildung 242 gezeigte Experiment demonstriert werden. Zwei leitfähige Aluminiumringe werden an den Enden eines Stabes befestigt, der sich frei um eine vertikale Achse dreht. Einer von ihnen hat einen Schnitt.
Wenn Sie den Magneten ohne Schnitt zum Ring bringen, erscheint darin ein Induktionsstrom, der so gerichtet wird, dass sich der Ring vom Magneten abstößt und sich die Stange dreht. Wenn Sie den Magneten vom Ring entfernen, wird er im Gegenteil vom Magneten angezogen. Der Magnet interagiert nicht mit dem geschnittenen Ring, da der Schnitt verhindert
das Auftreten eines Induktionssprungs im Ring. Die Abstoßung oder Anziehung eines Magneten durch eine Spule hängt von der Richtung des Induktionsstroms ab. Daher ermöglicht der Energieerhaltungssatz die Formulierung einer Regel, die die Richtung des induktiven Stroms bestimmt.
Was ist der Unterschied zwischen den beiden Experimenten: der Annäherung des Magneten an die Spule und seiner Entfernung? Im ersten Fall nimmt die Anzahl der magnetischen Induktionslinien, die die Windungen der Spule durchdringen, oder, was gleich ist, der magnetische Fluss zu (Abb. 243, a), und im zweiten Fall nimmt sie ab (Abb. 243 , b). Darüber hinaus treten im ersten Fall die magnetischen Induktionslinien aus dem oberen Ende der Spule aus, da die Spule den Magneten abstößt, und im zweiten Fall treten sie dagegen in dieses Ende ein. Diese Linien der magnetischen Induktion in Abbildung 243 sind durch eine gepunktete Linie dargestellt.
Lenzsche Regel. Jetzt sind wir zum Hauptpunkt gekommen: Bei einer Erhöhung des magnetischen Flusses durch die Windungen der Spule hat der Induktionsstrom eine solche Richtung, dass das von nm erzeugte Magnetfeld das Wachstum des magnetischen Flusses durch die Windungen der Spule verhindert . Immerhin ist der Induktionsvektor dieses Feldes B gegen den Induktionsvektor B gerichtet, der einen elektrischen Strom erzeugt. Wenn der magnetische Fluss durch die Spule schwächer wird, erzeugt der induktive Strom ein Magnetfeld mit Induktion B, das den magnetischen Fluss durch die Windungen der Spule erhöht.
Dies ist der Kern der allgemeinen Regel zur Bestimmung der Richtung des Induktionsstroms, die in allen Fällen gilt. Diese Regel wurde vom russischen Physiker Lenz aufgestellt.
Gemäß der Regel von Lenz hat der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende Induktionsstrom eine solche Richtung, dass der von ihm erzeugte magnetische Fluss durch die vom Stromkreis begrenzte Fläche dazu neigt, die Änderung des magnetischen Flusses zu kompensieren, die dieser Strom verursacht.
