ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМООЦІНЮВАННЯ ДО РОЗДІЛУ 2

• Назад до змісту

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 1. ПРОВОДИМО ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДИ

1. (2 бали) Виберіть усі правильні відповіді. Яке обладнання із запропонованого переліку ви доберете для виготовлення електромагніту?

Правильні відповіді: А (Батарейка), В (Ізольований мідний провід), Д (Залізний цвях), Ж Ножиці.

Для виготовлення електромагніту необхідні джерело струму (батарейка), провідник для створення обмотки (ізольований мідний провід) та ферромагнітне осердя (залізний цвях).

2. (2 бали) Чи відхилиться магнітна стрілка від напрямку «північ — південь», якщо до неї піднести залізний брусок? мідний брусок?

Якщо піднести залізний брусок, магнітна стрілка відхилиться від напрямку «північ — південь», оскільки залізо є феромагнетиком і намагнічується в магнітному полі стрілки, притягуючись до неї. Якщо піднести мідний брусок, стрілка не відхилиться, оскільки мідь належить до діамагнетиків і практично не взаємодіє з магнітом.

3. (2 бали) Уявіть, що вас попросили створити магнітний лак для нігтів. Складіть орієнтовний план, за яким ви діятимете.

Орієнтовний план дій для створення магнітного лаку для нігтів:

1. Дібрати прозору або кольорову рідку лакову основу та дрібнодисперсний феромагнітний порошок (наприклад, оксид заліза).
2. Змішати лакову основу з магнітним порошком до утворення однорідної суспензії.
3. Нанести шар отриманого лаку на тестову поверхню та піднести постійний магніт до висихання покриття для формування візерунка.
4. Оцінити результат та скоригувати концентрацію магнітного порошку й в’язкість лаку за потреби.

4. (3 бали) На рис. 1 зображено дослід, метою якого є вивчення певного фізичного явища. 1) Яке це явище? У чому полягає його зміст? 2) Що необхідно зробити, щоб стрілка приладу відхилилася в інший від нуля бік? показала більше значення? зупинилася на нульовій позначці? 3) Дія яких пристроїв ґрунтується на цьому явищі? 4) Як часто ви зустрічаєтеся з практичним застосуванням цього явища?

1. Це явище електромагнітної індукції. Його зміст полягає у виникненні електричного струму (індукційного струму) у замкненому провідному контурі при зміні магнітного поля, що пронизує цей контур.
2. Щоб стрілка приладу відхилилася в інший від нуля бік, необхідно змінити напрямок руху магніту (наприклад, витягувати магніт із котушки замість уведення) або змінити полярність магніту (рухати магніт іншим полюсом). Щоб стрілка показала більше значення, потрібно збільшити швидкість руху магніту або використати потужніший магніт. Щоб стрілка зупинилася на нульовій позначці, необхідно припинити рух магніту відносно котушки.
3. На цьому явищі ґрунтується дія генераторів електричного струму, трансформаторів, електродинамічних мікрофонів та індукційних плит.
4. З практичним застосуванням цього явища людина зустрічається щодня під час використання електроенергії з мережі, під час приготування їжі на індукційній плиті або користування бездротовою зарядкою для смартфона.

5. (3 бали) На рис. 2 зображено рамку, що повертається в магнітному полі постійного магніту. Дія яких приладів ґрунтується на цьому явищі? Визначте полюси джерела струму, до якого під’єднано рамку.

На явищі обертання рамки зі струмом у магнітному полі ґрунтується дія електродвигунів та вимірювальних приладів магнітоелектричної системи (амперметрів, вольтметрів, гальванометрів).
Магнітні лінії напрямлені від північного полюса N (праворуч) до південного полюса S (ліворуч). На ліву частину рамки сила Ампера діє вгору, тому за правилом лівої руки струм у цій частині напрямлений до спостерігача. Відповідно, ліва клема джерела струму є негативним полюсом («мінус»), а права клема — позитивним полюсом («плюс»).

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 2. ЗДІЙСНЮЄМО ПОШУК ТА ОПРАЦЬОВУЄМО ІНФОРМАЦІЮ

6. (2 бали) Розподіліть пристрої на дві групи: група А — пристрої, функціонування яких ґрунтується на дії сили Ампера; група Б — пристрої, які працюють завдяки явищу електромагнітної індукції.

Група А (пристрої, функціонування яких ґрунтується на дії сили Ампера): 1) електродвигун; 3) динамік; 4) амперметр.

Група Б (пристрої, які працюють завдяки явищу електромагнітної індукції): 2) генератор індукційного струму.

7. (5 балів) Прочитайте текст і дайте відповіді на запитання. 1) На якому явищі ґрунтується дія електродинамічного мікрофона? 2) Який об’єкт створює в цьому пристрої магнітне поле? 3) Які перетворення енергії відбуваються в пристрої? 4) Чому електродинамічний мікрофон називають динаміком «навпаки»?

1. Дія електродинамічного мікрофона ґрунтується на явищі електромагнітної індукції.
2. Магнітне поле в цьому пристрої створює постійний магніт.
3. У мікрофоні відбувається перетворення механічної енергії звукових коливань в електричну енергію змінного струму.
4. Електродинамічний мікрофон називають динаміком «навпаки», тому що динамік перетворює електричний сигнал на механічні звукові коливання за допомогою сили Ампера, а мікрофон навпаки перетворює звукові коливання на електричний сигнал за допомогою електромагнітної індукції.

8. (5 балів) Дві котушки надіто на спільне осердя (рис. 4, а). Протягом експерименту котушку А переміщують уздовж осердя. На рис. 4, б подано графік залежності l(t) відстані між котушками від часу руху. 1) Що відбувалося з котушкою А в інтервалі часу від 0 до t3? 2) Виберіть усі інтервали часу, протягом яких у котушці А існував електричний струм. 3) У який інтервал часу покази міліамперметра були наибольшими? Відповідь обґрунтуйте.

1. В інтервалі часу від 0 до $t_1$ котушка А рівномірно наближалася до котушки Б; в інтервалі від $t_1$ до $t_2$ вона була нерухомою; в інтервалі від $t_2$ до $t_3$ котушка А рівномірно віддалялася від котушки Б.
2. Правильні відповіді: А (від 0 до $t_1$) та В (від $t_2$ до $t_3$).
3. Покази міліамперметра були найбільшими в інтервал часу від $t_2$ до $t_3$. Нахил графіка залежності відстані від часу на цьому проміжку більший, що свідчить про більшу швидкість руху котушки А, а отже, й про швидшу зміну магнітного потоку, яка викликає більший за величиною індукційний струм.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 3. УСВІДОМЛЮЄМО ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРИРОДИ

9. (2 бали) Постійний штабовий магніт занурили в коробку зі скріпками для степлера. Як будуть розташовані скріпки після того, як магніт обережно витягнуть із коробки?

Правильна відповідь: В (Скріпки утворять ланцюжок, підвішений до магніту в певних місцях).

10. (2 бали) Прямолінійний провідник завдовжки 0,6 м розташований в однорідному магнітному полі індукцією 1,2 мТл під кутом 30° до ліній індукції магнітного поля. Визначте силу Ампера, що діє на провідник, якщо сила струму в ньому 5 А.

Дано:
$l = 0{,}6\text{ м}$
$B = 1{,}2\text{ мТл} = 1{,}2 \cdot 10^{-3}\text{ Тл}$
$\alpha = 30^\circ$
$I = 5\text{ А}$

Розв’язання:
Сила Ампера обчислюється за формулою:
$F_{\text{А}} = B I l \sin\alpha$

$F_{\text{А}} = 1{,}2 \cdot 10^{-3}\text{ Тл} \cdot 5\text{ А} \cdot 0{,}6\text{ м} \cdot \sin 30^\circ = 1{,}2 \cdot 10^{-3} \cdot 5 \cdot 0{,}6 \cdot 0{,}5 = 1{,}8 \cdot 10^{-3}\text{ Н} = 1{,}8\text{ мН}$.

Правильна відповідь: А (1,8 мН).

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 3. УСВІДОМЛЮЄМО ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРИРОДИ

11. (2 бали) Магнітна стрілка встановилася в магнітному полі котушки зі струмом (рис. 5). Визначте полюси котушки, напрямок струму в ній і полюси джерела струму.

Полюси котушки: праворуч — північний, ліворуч — південний; напрямок струму: по ближчій до нас частині витка вниз; полюси джерела струму: праворуч «+», ліворуч «–».

12. (3 бали) Провідник зі струмом розташований у магнітному полі підковоподібного магніту (рис. 6). Визначте полюси магніту.

Напрямки струму в провіднику, сили Ампера та ліній магнітної індукції пов’язані правилом лівої руки. Струм у колі тече від позитивного полюса джерела до негативного (зліва направо). За правилом лівої руки, для того щоб сила Ампера виштовхувала провідник з магніту вбік, лінії магнітного поля мають входити в долоню зверху вниз.

Отже, верхній полюс підковоподібного магніту є північним ($N$), а нижній полюс — південним ($S$).

13. (3 бали) Сталевий стрижень завдовжки 40 см і масою 50 г лежить перпендикулярно до горизонтальних рейок (рис. 7). Уздовж рейок напрямлене однорідне магнітне поле індукцією 0,25 Тл. У стрижні пропускають електричний струм силою 2 А. З якою силою стрижень тисне на рейки?

Дано:
$l = 40\text{ см} = 0{,}4\text{ м}$
$m = 50\text{ г} = 0{,}05\text{ кг}$
$B = 0{,}25\text{ Тл}$
$I = 2\text{ А}$
$\alpha = 90^\circ$
$g = 9{,}8\text{ м/с}^2$ (або $10\text{ м/с}^2$)

Знайти:
$F_{\text{тиску}} - ?$

Розв’язання:
На сталевий стрижень діють сила тяжіння $F_{\text{тяж}}$ та сила Ампера $F_{\text{А}}$.

1. Модуль сили тяжіння обчислюється за формулою:
   $F_{\text{тяж}} = m \cdot g = 0{,}05\text{ кг} \cdot 9{,}8\text{ м/с}^2 = 0{,}49\text{ Н}$ (або $0{,}5\text{ Н}$ за умови $g = 10\text{ м/с}^2$).

2. Модуль сили Ампера обчислюється за формулою:
   $F_{\text{А}} = B \cdot I \cdot l \cdot \sin\alpha = 0{,}25\text{ Тл} \cdot 2\text{ А} \cdot 0{,}4\text{ м} \cdot \sin 90^\circ = 0{,}2\text{ Н}$.

3. За правилом лівої руки визначаємо напрямок сили Ампера: лінії магнітного поля напрямлені уздовж рейок, струм у стрижні протікає в бік спостерігача, тому сила Ампера напрямлена вертикально вниз.

4. Оскільки сила тяжіння та сила Ампера напрямлені вертикально вниз, сила тиску стрижня на рейки дорівнює їхній сумі:
   $F_{\text{тиску}} = F_{\text{тяж}} + F_{\text{А}} = 0{,}49\text{ Н} + 0{,}2\text{ Н} = 0{,}69\text{ Н}$ (або $0{,}7\text{ Н}$).

Відповідь: Стрижень тисне на рейки із силою 0,7 Н.