Исследование действия постоянного магнита на рамку с током
11 класс · дифференцированный
Ф.И. Класс
Разберемся, как магнитные поля заставляют вращаться рамки с током. Эти принципы лежат в основе работы всех электродвигателей — от смартфона до электромобиля.
№1 · ТЕОРИЯ
4 УТВЕРЖДЕНИЯ · 1 БАЛЛ
1. Основы взаимодействия
Оцените истинность утверждений о поведении рамки с током в магнитном поле.
Сила Ампера, действующая на сторону рамки, всегда направлена вдоль тока.ИстинаЛожь
Вращающий момент максимален, когда плоскость рамки параллельна линиям магнитной индукции.ИстинаЛожь
Если ток в рамке отсутствует, постоянный магнит не оказывает на неё ориентирующего действия.ИстинаЛожь
Рамка с током всегда стремится повернуться так, чтобы её магнитный момент был антипараллелен вектору индукции.ИстинаЛожь
№2 · ФОРМУЛЫ
1 ПРОПУСК · 1 БАЛЛ
2. Момент сил Ампера
Заполните пропуск в формуле модуля вращающего момента для плоской рамки с током.
M=B⋅I⋅S⋅sin()
№3 · КРАТКИЙ ОТВЕТ
1 ВОПРОС · 1 БАЛЛ
3. Суммарная сила
Квадратная рамка с током помещена в однородное магнитное поле. Чему равна равнодействующая всех сил Ампера, действующих на рамку, если поле направлено перпендикулярно плоскости рамки?
№4 · РАСЧЁТЫ
ТАБЛИЦА · 2 БАЛЛА
4. Зависимость момента от параметров
Рассчитайте недостающие параметры для рамки, находящейся в однородном магнитном поле. Используйте формулу M=BISsinα.
Ток I, А
Индукция B, Тл
Площадь S, м2
Угол α, ∘
Момент M, мН⋅м
2
0.01
90
5
0.2
30
0.4
0.005
20
№5 · АНАЛИЗ
4 УТВЕРЖДЕНИЯ · 2 БАЛЛА
5. Силы и равновесие
Проанализируйте механические свойства рамки в магнитном поле.
В неоднородном магнитном поле на рамку с током может действовать ненулевая результирующая сила.ИстинаЛожь
Потенциальная энергия рамки минимальна, когда вектор её магнитного момента сонаправлен с вектором индукции.ИстинаЛожь
Силы Ампера, действующие на противоположные стороны прямоугольной рамки в однородном поле, направлены в одну сторону.ИстинаЛожь
Работа магнитного поля при повороте рамки на полный оборот (360∘) всегда положительна.ИстинаЛожь
№6 · ПРОПУСКИ
2 СЛОВА · 2 БАЛЛА
6. Устойчивость системы
Укажите условия для различных видов равновесия рамки в магнитном поле.
Положение устойчивого равновесия рамки соответствует углу между нормалью к рамке и вектором индукции, а неустойчивого — углу .
+5 заданий в этом листе
Зарегистрируйтесь — и соберите свой рабочий лист по этой теме за минуту: заданий столько, сколько нужно.
№7 · ЗАДАЧА
ВЫЧИСЛЕНИЕ · 2 БАЛЛА
7. Определение индукции
Рамка площадью 0,02 м2, состоящая из 50 витков, находится в однородном магнитном поле. При токе 2 А максимальный вращающий момент составляет 0,1 Н⋅м. Найдите модуль вектора магнитной индукции B. Ответ дайте в Теслах.
№8 · ЭНЕРГИЯ
ТАБЛИЦА · 3 БАЛЛА
8. Работа поля и изменение потока
Используя связь работы поля с изменением магнитного потока (A=IΔΦ), заполните таблицу характеристик процесса поворота рамки.
Ток I, А
Φ1, мВб
Φ2, мВб
ΔΦ, мВб
Работа A, мДж
2
15
5
5
20
8
0
-32
№9 · ДИНАМИКА
4 УТВЕРЖДЕНИЯ · 3 БАЛЛА
9. Сложные эффекты
Рассмотрите динамические процессы при движении рамки в магнитном поле.
Период малых колебаний рамки вокруг положения равновесия обратно пропорционален корню из магнитной индукции.ИстинаЛожь
При быстром вращении рамки в магнитном поле в ней возникает ЭДС индукции, которая всегда увеличивает вращающий момент.ИстинаЛожь
Если рамка выполнена из сверхпроводника, магнитный поток через неё остается неизменным при любых перемещениях.ИстинаЛожь
В однородном поле сила Лоренца, действующая на свободные заряды в рамке, совершает механическую работу по её вращению.ИстинаЛожь
№10 · КОЛЕБАНИЯ
2 ПРОПУСКА · 3 БАЛЛА
10. Гармонические колебания рамки
Восстановите формулу периода малых колебаний рамки с магнитным моментом pm и моментом инерции J в поле B.