Задание №14 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Используя две катушки, одна из которых подсоединена к источнику тока,
а другая замкнута на амперметр, ученик изучал явление электромагнитной индукции. На рис. 1 представлена схема эксперимента, а на рис. 2 показания амперметра для момента замыкания цепи с катушкой 1 (1), для установившегося постоянного тока, протекающего через катушку 1 (2), и для момента размыкания цепи с катушкой 1 (3).
Рис. 1 |
|
Рис. 2 |
|
Из предложенного перечня выберите два утверждения, соответствующих экспериментальным наблюдениям. Укажите их номера.
В катушке 1 электрический ток протекает только в момент замыкания и размыкания цепи.
Направление индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего катушку 2.
При изменении магнитного поля, создаваемого катушкой 1, в катушке 2 возникает индукционный ток.
Направление индукционного тока в катушке 2 зависит от того, увеличивается или уменьшается электрический ток в катушке 1.
Величина индукционного тока зависит от магнитных свойств среды.
Правильный ответ
34
Пояснение
Решение.
Для решения задачи проанализируем условия эксперимента и показания приборов, опираясь на явление электромагнитной индукции.
1. Анализ физических процессов:
В катушке 1 (первичной) при замыкании ключа начинает течь ток, который создаёт вокруг неё магнитное поле. Если ток в катушке 1 меняется (увеличивается при замыкании или уменьшается при размыкании), то меняется и магнитный поток, пронизывающий катушку 2 (вторичную). Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в катушке 2 возникает ЭДС индукции и, как следствие, индукционный ток, который регистрирует амперметр.
2. Разбор показаний амперметра (рис. 2):
- Случай (1): В момент замыкания цепи ток в катушке 1 резко растёт. Стрелка амперметра в катушке 2 отклоняется влево. Это подтверждает, что при изменении магнитного поля возникает ток.
- Случай (2): Когда в катушке 1 установился постоянный ток, магнитное поле перестало меняться. Магнитный поток через катушку 2 постоянен. Амперметр показывает ноль. Это значит, что для существования индукционного тока необходимо именно изменение поля.
- Случай (3): В момент размыкания цепи ток в катушке 1 падает до нуля. Стрелка амперметра отклоняется вправо. Направление тока изменилось на противоположное по сравнению со случаем (1).
3. Оценка утверждений:
1) В катушке 1 ток протекает только в момент замыкания и размыкания. — Неверно. В катушке 1 ток течёт всё время, пока цепь замкнута (случай 2), просто он не меняется.
2) Направление тока зависит от скорости изменения потока. — Неверно. От скорости зависит величина (сила) тока, а направление зависит от того, растёт поток или убывает.
3) При изменении магнитного поля, создаваемого катушкой 1, в катушке 2 возникает индукционный ток. — Верно. Это подтверждается опытами (1) и (3), где при изменении тока (и поля) амперметр фиксировал наличие тока.
4) Направление индукционного тока в катушке 2 зависит от того, увеличивается или уменьшается электрический ток в катушке 1. — Верно. В опыте (1) при росте тока стрелка ушла влево, а в опыте (3) при убывании тока — вправо.
5) Величина тока зависит от магнитных свойств среды. — Неверно для данного эксперимента. Хотя это физически верно (например, если вставить сердечник), в данном конкретном опыте среда не менялась, поэтому из эксперимента такой вывод сделать нельзя.
Ответ: 34
Источник: ФИПИ