Лабораторные работы. Изучение магнитного поля соленоида

Изучение магнитного поля соленоида

Изучение явления взаимной индукции

Теоретический минимум

· 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.

· Электромагнитная индукция. Закон Фарадея и правило Ленца.

· Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида.

· Взаимная индукция.

· Токи при замыкании и размыкании цепи с индуктивностью.

· Энергия магнитного поля. Объёмная плотность энергии.

Контрольные задания

Вариант 1

1. Явление электромагнитной индукции.

2. Поток магнитной индукции через проводящее кольцо изменяется по гармоническому закону. В какой момент времени ЭДС индукции, наводимая в кольце, равна нулю?

3. В однородном магнитном поле (В = 0,2 Тл) равномерно вращается рамка, содержащая N = 200 витков. Площадь рамки S = 100 см². Максимальная ЭДС, индуцируемая в рамке равна 12,6 В. Найти частоту вращения рамки.

4. На рисунке представлен график зависимости силы тока в катушке от времени. Индуктивность катушки равна L = 2,5 Гн. Определить модуль ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке, в момент времени 6 с.

5. Через катушку, индуктивность которой равна 200 мГн, протекает ток, изменяющийся по закону I = 2cos3t. Найти максимальное значение ЭДС самоиндукции.

6. Магнитный поток через проводящий контур увеличивается на 0,2 Вб в результате изменения тока в контуре с 4 А до 12 А. Определить индуктивность контура.

7. На рисунке показан график изменения величины силы тока в катушке при замыкании и размыкании цепи. Величина ЭДС самоиндукции, наводимая в катушке,

1) в интервале (0 - t₁) больше, чем в интервале (t₂ - t₃);

2) в интервале (t₁ - t₂) равна нулю;

3) одинакова на всех участках;

4) зависит от индуктивности катушки.

Укажите неверное утверждение.

Вариант 2

1. Явление самоиндукции. Индуктивность контура.

2. Магнитный поток через контур (R = 1 Ом), меняется так, как показано на графике. В момент времени t = 3 с определить индукционный ток в контуре.

3. На расстоянии а от длинного прямого провода с током I находится кольцо радиусом r и сопротивлением R. Кольцо расположено так, что поток, пронизывающий его, максимален. Какой заряд протечет через кольцо, если ток в проводнике будет выключен?

4. Ток со временем в катушке индуктивности изменяется по закону, показанному на рисунке. Изобразить зависимость ЭДС самоиндукции от времени.

5. В однородное магнитное поле с магнитной индукцией 100 Тл помещена квадратная рамка со стороной 10 см. Плоскость рамки составляет с направлением магнитного поля угол 60^о. Найти магнитный поток, пронизывающий рамку.

6. По графику изменения магнитного потока, пронизывающего один и тот же проводящий контур, определить в каком случае заряд, протекший по контуру за время t будет больше.

7. Сила тока в обмотке соленоида, содержащего N = 1500 витков, равна 5 А. Магнитный поток Ф через поперечное сечение соленоида составляет 200 мкВб. Определить энергию магнитного поля в соленоиде.

Вариант 3

1. Явление взаимной индукции.

2. Магнитный поток через контур с сопротивлением R = 1 Ом меняется так, как показано на графике. Определить значение индукционного тока в момент времени t = 5 с.

3. В проволочное кольцо, присоединенное к баллистическому гальванометру, вставили прямой магнит. По цепи протекло количество электричества 10 мкКл. Сопротивление цепи гальванометра составляет 30 Ом. Найти магнитный поток, пересекающий проволочное кольцо.

4. Через две одинаковые катушки индуктивности текут токи, спадающие со временем по линейному закону. В какой из катушек возникающая ЭДС самоиндукции больше?

5. Две длинные катушки намотаны на общий сердечник, причем индуктивности этих катушек равны L₁ и L₂. Найти отношение числа витков первой катушки к числу витков второй катушки.

6. Найти энергию магнитного поля соленоида, в котором при силе тока 10 А возникает магнитный поток 1 Вб.

7. На рисунке показан график изменения величины силы тока в катушке при замыкании и размыкании цепи. Величина ЭДС самоиндукции, наводимая в катушке,

1) одинакова на всех участках;

2) в интервале (0 - t₁) меньше, чем в интервале (t₂ - t₃);

3) в интервале (t₁ - t₂) равна нулю;

4) зависит от индуктивности катушки.

Укажите неверное утверждение.

Вариант 4

1. Энергия магнитного поля.

2. Поток магнитной индукции через проводящее кольцо изменяется по гармоническому закону. В какой момент времени ЭДС индукции, наводимая в кольце, имеет максимальное по модулю значение?

3. В однородном магнитном поле индуктивностью В вращается с постоянной угловой скоростью ω проводящее колесо с четырьмя радиальными спицами длиной L. Ось колеса параллельна линиям индукции. Найти индуцированную разность потенциалов между осью кольца и его ободом.

4. На графике представлена зависимость силы тока в катушке от времени. Индуктивность катушки равна L = 2,5 Гн. Определить модуль ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке, в момент времени 16 с.

5. Найти индуктивность соленоида длины l и радиуса R, имеющего N витков.

6. Вычислить магнитный поток, создаваемый соленоидом сечением 10 см², если он имеет 10 витков на каждый сантиметр его длины при силе тока 20 А.

7. Катушку индуктивностью L = 0,6 Гн подключают к источнику тока. Определите сопротивление катушки, если за время t = 3 c сила тока через катушку достигнет 80 % предельного значения.

Вариант 5

1. Токи при замыкании и размыкании цепи, содержащей катушку индуктивности.

2. Какое из перечисленных значений называют электромагнитной индукцией?

1) нагревание проводника электрическим током;

2) возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через этот контур;

3) возникновение электрического поля в пространстве, где находится электрический заряд;

4) возникновение магнитного поля вокруг проводника с током.

3. По параллельным металлическим проводникам, расположенным в однородном магнитном поле, с постоянной скоростью перемещается перемычка. Зависимости индукционного тока от времени соответствует график.

4.Ток через катушку индуктивности изменяется со временем так, как показано на рисунке. В какой точке наблюдается максимальная по модулю ЭДС самоиндукции?

5. Сила тока в соленоиде равномерно возрастает от 0 до 10 А за t =1 мин, при этом соленоид накапливает энергию 220 Дж. Какая ЭДС индукции наводится в соленоиде?

6. Два соленоида (L₁ = 0,64 Гн и L₂ = 1 Гн) одинаковой длины и равного сечения вставлены один в другой. Определите взаимную индуктивность соленоидов.

7. В катушке индуктивностью 4 Гн сила тока равна 4 А. Чему будет равна сила тока в катушке, если энергия магнитного поля катушки уменьшится в 4 раза?