Решение

Магнитное поле, создаваемое током в катушке и замыкающееся через сердечник и воздушный промежуток, неоднородно. При перемещении проволочного мотка вверх поток вектора магнитной индукции через него будет изменяться, поэтому в нем возникнет индукционная ЭДС и индукционный ток, который будет регистрироваться гальванометром. Амперметр показывает силу тока, текущего через катушку. При движении мотка она несколько изменяется за счет ЭДС, индуцируемой в катушке изменяющимся магнитным полем тока мотка, но при медленном движении изменение силы тока незначительно, поэтому показания амперметра практически постоянны.

2 1.

Замкнутое медное кольцо подвешено на тонких длинных нитях вблизи катушки индуктивности, закрепленной на столе и подключенной к источнику постоянного тока. Первоначально электрическая цепь катушки разомкнута. Как будет двигаться кольцо при замыкании цепи? Ответ поясните, указав, какие физические явления закономерности вы использовали для объяснения.

Ответ: Кольцо оттолкнется от катушки и после затухающих колебаний установится в первоначальном положении.

Решение (вариант)

При замыкании цепи сила тока в катушке увеличивается, следовательно, увеличивается индукция магнитного поля катушки и магнитный поток, пронизывающий кольцо. При этом в кольце возникает ЭДС индукции и индукционный ток, который, по правилу Ленца, своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, т.е. его направление будет противоположным направлению тока в катушке. При этом возникает сила Ампера, отталкивающая кольцо от катушки. Она же препятствует возникновению колебаний кольца.

По мере установления тока в катушке ЭДС индукции в кольце будет уменьшаться, и когда ток перестанет изменяться, она станет равной нулю. Так же будет изменяться и сила Ампера. Кольцо вернется в исходное положение и останется неподвижным.

2 2.

На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, реостата, трансформатора, амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ползунок реостата установлен посередине и неподвижен. Опираясь на законы электродинамики, объясните , как будут изменяться показания приборов в процессе перемещения ползунка реостата влево. ЭДС самоиндукции пренебречь по сравнению с ε.

Ответ: Во время перемещения движка реостата показания амперметра будут плавно увеличиваться, а вольтметр будет регистрировать напряжение на концах вторичной обмотки.

Решение:

• При перемещении ползунка влево сопротивление цепи уменьшается, а сила тока увеличивается в соответствии с законом Ома для полной цепи I = ε/(R+r), где R – сопротивление внешней цепи.

• Изменение тока, текущего по первичной обмотке трансформатора, вызывает изменение индукции магнитного поля, создаваемого этой обмоткой. Это приводит к изменению магнитного потока через вторичную обмотку трансформатора.

• В соответствии с законом электромагнитной индукции возникает ЭДС индукции ε = - ΔΦ/ Δt во вторичной обмотке, а следовательно, напряжение U на ее концах, регистрируемое вольтметром.

(Когда движок придет в крайнее левое положение и движение его прекратится, амперметр будет показывать постоянную силу тока в цепи, а напряжение, измеряемое вольтметром, окажется равным нулю.)

23.

Намагниченный стальной стержень начинает свободное падение с нулевой начальной скоростью из положения, изображённого на рис. 1. Пролетая сквозь закреплённое проволочное кольцо, стержень создаёт в нём электрический ток, сила которого изменяется со временем так , как показано на рис. 2. Почему в моменты времени t₁ и t₂ ток в кольце имеет различные направления? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Влиянием тока в кольце на движение магнита пренебречь.

Р ешение (демоверсия)

1. Индукционный ток в кольце вызван ЭДС индукции, возникающей при пересечении проводником линий магнитного поля. По закону индукции Фарадея ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф, т.е. количеству линий, пересекаемых кольцом в секунду. Она тем выше, чем больше скорость движения магнита. Сила тока I, в соответствии с законом Ома для замкнутой цепи, пропорциональна ЭДС индукции ε .

2. В момент времени t₁ к кольцу приближается магнит, и магнитный поток увеличивается. В момент t₂ магнит удаляется, и магнитный поток уменьшается. Следовательно, ток имеет различные направления.

Решение 2

При движении магнита изменяется магнитный поток через кольцо, следовательно, в нем возникает индукционный ток. Направление тока определяется правилом Ленца: индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Направление поля магнита во время его движения не меняется – оно все время направлено сверху вниз , следовательно, знак магнитного потока не меняется, но при приближении магнита поток увеличивается, а при удалении уменьшается, поэтому ток в кольце в разные моменты времени должен иметь разное направление.

Т.о., разумно предположить, что в моменты времени t₁ и t₂ магнит соответственно приближался к кольцу и удалялся от него, а различные направления тока вызваны различным характером изменения магнитного потока (его увеличением и уменьшением) и объясняются правилом Ленца.

Форма графика позволяет утверждать, что моменты времени t₁ и t₂ действительно соответствуют приближению и удалению магнита:

24.

Три лампы подключены к источнику постоянного тока так, как показано на рисунке. Первоначально ключ разомкнут. В какой последовательности загораются лампы при замыкании ключа? Каким явлением это можно объяснить?

Ответ: Лампы 1 и 2 вспыхивают практически сразу. Лампа 3 разгорается постепенно.