Лабораторные работы

А, 2.8б. Определение удельного заряда электрона с помощью магнетрона

Теоретический минимум

· Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Поле движущегося заряда.

· Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции. Поле прямого и кругового токов.

· Теорема Гаусса и теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Применение теоремы о циркуляции для расчета поля соленоида и тороида.

· Сила Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Контур с током в магнитном поле.

· Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Контрольные задания

Вариант 1

1. Закон Био-Савара-Лапласа.

2. Контур с током, имеющий магнитный момент , находится во внешнем магнитном поле с индукцией . Устойчивому положению равновесия соответствует состояние

3. Три бесконечно длинных параллельных проводника с токами расположены на равных расстояниях один от другого. I₁ = 1 А, I₂ =2 А, I₃ = 3 А. Указать направления сил, действующих на проводники с токами I₁ и I₂.

1) ®, 2) , 3) ®, ® 4) , ®

4. В магнитном поле двух бесконечно длинных параллельных прямолинейных проводников с одинаковыми токами пролетает электрон. Куда направлена магнитная сила, действующая на электрон в точке А?

5. Частица, несущая один элементарный заряд, влетела в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,5 Тл. Определите момент импульса, которым обладала частица при движении в магнитном поле, если ее траектория представляла дугу окружности радиусом R = 0,2 см.

6. Определить магнитную индукцию в точке О.

7. Найдите циркуляцию вектора магнитной индукции по заданному контуру.

8. В однородном магнитном поле в плоскости, параллельной линиям магнитной индукции , расположена прямоугольная рамка с током. Сравнить работы, необходимые для поворота рамки на угол p/2 вокруг осей а и b.

Вариант 2

1. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции.

2.Два прямолинейных бесконечно длинных проводника с токами расположены взаимно перпендикулярно в одной плоскости. Точки, в которых магнитная индукция равна нулю, располагаются в квадрантах

1) I, II 2) III, IV

3) I, III 4) II, IV

3. Вектор силы, действующей на движущийся электрон вблизи бесконечного прямого провода с током, направлен

1) ↓ 2) ↑ 3) → 4) ←

4. Прямолинейный проводник длиной 1 м расположен в магнитном поле с индукцией 0,05 Тл так, что составляет с вектором индукции угол 30^о. Какой ток нужно пропустить через проводник, чтобы на него со стороны поля подействовала сила 0,5 Н?

5. Протон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции и начинает двигаться по окружности. Если величину магнитного поля уменьшить в 2 раза, то частота вращения протона

1) увеличится в 2 раза; 2) увеличится в раз;

3) не изменится; 4) уменьшится в 2 раза

6. Выразить магнитную индукцию в точке О через силу тока I и радиус R.

7. Найти циркуляцию вектора магнитной индукции по заданному контуру

8. Виток, по которому течет ток силой I = 20 А, свободно установился в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,016 Тл. Диаметр витка d = 10 см. Какую работу надо совершить, чтобы повернуть виток на угол a = p/2 относительно оси, совпадающей с диаметром?

Вариант 3

1. Применение закона Био-Савара-Лапласа для расчета поля, созданного бесконечно длинным прямолинейным проводником.

2. Заряд q>0 движется со скоростью . Cравнить модули магнитной индукции В в точках 1 и 2 (r₁ = r₂):

1) одинаковы

2) В₁ > В₂

3) В₁< В₂

4) однозначно ответить нельзя

3. Электрон, влетевший в область однородного магнитного поля, движется по дуге окружности. Как направлен вектор индукции магнитного поля?

4. Линии напряженности однородного электрического поля и линии индукции однородного магнитного поля взаимно перпендикулярны. Напряженность электрического поля равна 1 кВ/м, индукция магнитного поля равна 1 мТл. Определить модуль скорости электрона, движущегося в этих полях прямолинейно и равномерно.

5. Частица массы т и заряда q движется по окружности радиуса R в однородном магнитном поле с индукцией В в плоскости, перпендикулярной линиям индукции. Найти кинетическую энергию частицы.

6. Бесконечно длинный проводник с током I имеет плоскую петлю радиусом R. Найти индукцию поля в точке О.

7. Чему равна циркуляция вектора магнитной индукции по заданному контуру?

8. Рамка с током I = 5 А содержит N = 20 витков тонкого провода. Определить магнитный момент р_т рамки с током, если площадь рамки равна 10 см².

Вариант 4

1. Применение закона Био – Савара – Лапласа для расчета поля кругового тока.

2. Заряд q>0 движется со скоростью . Сравнить модули магнитной индукции В в точках 1 и 2:

1) однозначно ответить нельзя

2) В₁< В₂ 3) В₁ > В₂

4) одинаковы

3.Проводники с током не взаимодействуют друг с другом в случае, указанном на рисунке

4. Частицы, имеющие одинаковые заряды, вылетают из точки А в магнитном поле с одинаковыми скоростями. Макси-мальная масса соответствует частице

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

5. Протон движется по окружности в однородном магнитном поле с индукцией В = 10^-3 Тл. За какое время он совершает полный оборот?

6. По плоскому контуру из тонкого провода течет ток I.. Найти магнитную индукцию поля, создаваемого этим током в точке О.

1) 3μ_оІ/8R 2) μ_оІ/8R

3) μ_оІ/2R 4) μ_оІ/4R

7. Определить циркуляцию вектора магнитной индукции по заданному контуру.

8. В однородное магнитное поле с индукцией 0,1 Тл помещена квадратная рамка площадью 25 см². Нормаль к плоскости рамки составляет с направлением магнитного поля угол 60^о. По рамке течет ток 1 А. Определить вращающий момент, действующий на рамку.

Вариант 5

1. Работа по перемещению контура с током в магнитном поле.

2. Заряд q < 0 движется со скоростью . Определить направление вектора в точке А.

3. В магнитное поле влетает электрон и движется по окружности. По какой траектории будет двигаться протон, влетевший в это поле с такой же скоростью?

4. Квадратная проволочная рамка расположена в одной плоскости с длинным прямым проводом так, что две ее стороны параллельны проводу, а ближайшая к проводу сторона рамки находится на расстоянии, равном ее длине. По рамке и проводнику текут одинаковые токи I. Найти силу, действующую на рамку с током.

5. Ион, пройдя ускоряющую разность потенциалов U = 645В, влетел в скрещенные под прямым углом однородные магнитное (В = 1 мТл) и электрическое (Е = 200 В/м) поля. Определите отношение заряда иона к его массе, если ион в этих полях движется прямолинейно.

6. Бесконечно длинный проводник с током I имеет плоскую петлю радиусом R. Найти магнитную индукция поля в точке О.

7. Определить циркуляцию вектора магнитной индукции по заданному контуру.

8. Поток магнитной индукции через площадь поперечного сечения соленоида (без сердечника) равен Ф = 1 мкВб. Длина соленоида l = 12,5 см. Определите магнитный момент р_т этого соленоида.

Вариант 6

1. Сила Ампера. Сила Лоренца.

2. Магнитное поле создано двумя параллельными длинными проводниками с токами I₁ и I₂, расположенными перпендикулярно плоскости чертежа, причем I₁ = I₂. Укажите направление вектора магнитной индукции результирующего поля в точке А, находящейся на одинаковом расстоянии от проводников.

3. По проводнику АС протекает постоянный ток. Проводник помещен в однородное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны проводнику. Потенциал точки А больше потенциала точки С. Определить направление силы Ампера, действующей на проводник.

4. Две положительно заряженные частицы движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. В тот момент, когда вторая частица оказалась на линии скорости первой, магнитные силы, действующие на частицы равны

1) F₁= F₂ ≠0 2) F₁=0, F₂≠0

3) F₁≠0, F₂=0 4) F₁=F₂=0

5. Протон и дейтрон (ядро изотопа водорода, ), имеющие одинаковые скорости, влетают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Как связаны между собой радиусы R₁ и R₂ окружностей, по которым, соответственно, движутся протон и дейтрон?

6. Найти магнитную индукцию в точке О.

7. Ток равномерно распределен по поверхности длинной металлической трубы радиуса R. Зависимости В от r, где r – расстояние от оси трубы, соответствует график

8. Какую работу совершает однородное магнитное поле с индукцией В = 1,5 Тл при перемещении проводника длиной = 0,2 м, по которому течет ток в 10 А, на расстояние 0,25 м, если направление перемещения перпендикулярно к направлению поля и направлению тока? Проводник расположен под углом a = 30^о к направлению поля.

Вариант 7

1. Применение теоремы о циркуляции вектора к расчету поля соленоида.

2. По дуге окружности скользят два бесконечно длинных параллельных проводника с токами I₁ = I₂. Как изменится модуль индукции магнитного поля в центре окружности О при сближении проводников?

3. Прямолинейный проводник с током I₂ проходит по оси кругового тока I₁. С какой силой взаимодействуют токи?

4. Двухпроводная линия состоит из длинных параллельных прямых проводов, находящихся на расстоянии d друг от друга. По проводам текут одинаковые токи I. Найти силу взаимодействия токов, приходящихся на единицу длины провода.

5. Электрон, пройдя в электрическом поле ускоряющую разность потенциалов U, попадает в однородное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны направлению движения электрона, и начинает двигаться по окружности. Если ускоряющая разность потенциалов U увеличивается в 2 раза, то радиус окружности

1) увеличится в 2 раза 2) увеличится в раз

3) уменьшится в раз 4) уменьшится в 2 раза

6. Найти магнитную индукцию поля, созданного в точке О изогнутым бесконечно длинным проводником с током.

7. Определить циркуляцию вектора магнитной индукции по заданному контуру.

8. По витку радиусом R = 10 см течет ток I = 50 А. Виток помещен в однородное магнитное поле (В = 0,2 Тл). Определить момент силы, действующий на виток, если плоскость витка составляет угол φ = 60^о с линиями магнитной индукции.