Лабораторные работы — с. 239
Лабораторная работа № 10. Изучение явления электромагнитной индукции. Цель работы: Изучить явление электромагнитной индукции. Приборы и материалы: Миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник тока, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, реостат, ключ, соединительные провода. Указания к работе:
1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в неё (рис. 180). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки; во время его остановки. [на рисунке 180: катушка-моток, подключённая к миллиамперметру; к ней подносят полюс дугообразного магнита.] 3. Сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.
4. Запишите, менялся ли магнитный поток, пронизывающий катушку, во время движения магнита; во время его остановки. Объясните, почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, меняется.
5. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от неё одного и того же полюса магнита.
6. Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае.
7. Сделайте и запишите вывод о том, как зависит сила индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего эту катушку.
8. Соберите установку для опыта по рисунку 181. [на рисунке 181: источник тока, ключ, реостат и катушка 2 с железным сердечником соединены в одну цепь; катушка-моток 1, надетая на тот же сердечник, подключена к миллиамперметру.] 9. Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях: а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2; б) при протекании через катушку 2 постоянного тока; в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путём перемещения в соответствующую сторону ползунка реостата.
10. Сделайте вывод, в каких случаях меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1, и почему.
Ход работы и наблюдения (результаты в таблицах на рисунке; значения отклонения стрелки приведены для типичного опыта).
1. Подключаем катушку-моток двумя проводами к зажимам миллиамперметра.
2. Опыт с магнитом. Подносим к катушке полюс N дугообразного магнита и вдвигаем его в катушку: стрелка отклоняется (например, вправо на 4 деления) — в катушке возникает индукционный ток. Останавливаем магнит на несколько секунд (даже внутри катушки или рядом с ней): стрелка возвращается на нуль, тока нет. Снова приближаем магнит — ток снова появляется. Итак, индукционный ток есть во время движения магнита относительно катушки и отсутствует во время его остановки.
3. Вывод 1. Индукционный ток в катушке возникает только тогда, когда магнит движется относительно катушки (приближается или удаляется), то есть когда катушка находится в изменяющемся магнитном поле.
4. Магнитный поток. Во время движения магнита магнитный поток через катушку меняется, во время остановки — остаётся неизменным. Объяснение: поток Φ = B · S · cosα. Площадь витков S и их ориентация не меняются, но при приближении магнита магнитное поле у катушки становится сильнее (линии магнитной индукции сгущаются, через витки проходит всё больше линий), поэтому модуль индукции B в области витков растёт, а с ним и поток Φ; при удалении магнита поток уменьшается.
5. Направление тока. При удалении того же полюса N от катушки стрелка отклоняется в противоположную сторону (влево на 4 деления): направление индукционного тока при приближении и удалении полюса различно. При приближении полюса S стрелка также отклоняется влево, то есть направление тока зависит и от того, какой полюс подносят.
6. Скорость движения магнита. Медленно приближаем полюс (стрелка отклоняется на 2 деления, меньше половины шкалы), затем быстрее (отклонение 5 делений).
7. Вывод 2. Чем быстрее меняется магнитный поток, пронизывающий катушку, тем больше сила индукционного тока (и ЭДС индукции).
8. Установка (рис. 181): источник тока, ключ, реостат и катушка 2 с железным сердечником — одна цепь; катушку-моток 1 надеваем на сердечник и подключаем к миллиамперметру (на рисунке показана схема).
9. Опыты с двумя катушками. а) При замыкании цепи катушки 2 стрелка миллиамперметра кратковременно отклоняется (вправо на 3 деления), при размыкании — кратковременно в противоположную сторону. б) Пока через катушку 2 течёт постоянный ток, стрелка стоит на нуле: индукционного тока нет. в) При перемещении ползунка реостата, когда ток в катушке 2 увеличивается, стрелка отклоняется в одну сторону (на 2 деления), когда уменьшается — в противоположную; при неподвижном ползунке ток отсутствует.
10. Вывод 3. Магнитный поток, пронизывающий катушку 1, меняется при замыкании и размыкании цепи катушки 2 и при изменении в ней силы тока. Причина: магнитное поле катушки 2 пропорционально силе тока в ней; когда ток растёт, убывает или появляется и исчезает, индукция поля и поток через витки катушки 1 меняются. При постоянном токе поле и поток постоянны, поэтому индукционного тока нет.
Общий вывод. Явление электромагнитной индукции: при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нём возникает индукционный ток; его направление зависит от того, увеличивается поток или уменьшается, а сила тока — от скорости изменения потока.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться (отклонения стрелки в делениях и направление «вправо/влево» зависят от прибора и способа включения; рис. 180 и 181 описаны по рисунку учебника).
1. Подключаем катушку-моток двумя проводами к зажимам миллиамперметра.
2. Опыт с магнитом. Подносим к катушке полюс N дугообразного магнита и вдвигаем его в катушку: стрелка отклоняется (например, вправо на 4 деления) — в катушке возникает индукционный ток. Останавливаем магнит на несколько секунд (даже внутри катушки или рядом с ней): стрелка возвращается на нуль, тока нет. Снова приближаем магнит — ток снова появляется. Итак, индукционный ток есть во время движения магнита относительно катушки и отсутствует во время его остановки.
3. Вывод 1. Индукционный ток в катушке возникает только тогда, когда магнит движется относительно катушки (приближается или удаляется), то есть когда катушка находится в изменяющемся магнитном поле.
4. Магнитный поток. Во время движения магнита магнитный поток через катушку меняется, во время остановки — остаётся неизменным. Объяснение: поток Φ = B · S · cosα. Площадь витков S и их ориентация не меняются, но при приближении магнита магнитное поле у катушки становится сильнее (линии магнитной индукции сгущаются, через витки проходит всё больше линий), поэтому модуль индукции B в области витков растёт, а с ним и поток Φ; при удалении магнита поток уменьшается.
5. Направление тока. При удалении того же полюса N от катушки стрелка отклоняется в противоположную сторону (влево на 4 деления): направление индукционного тока при приближении и удалении полюса различно. При приближении полюса S стрелка также отклоняется влево, то есть направление тока зависит и от того, какой полюс подносят.
6. Скорость движения магнита. Медленно приближаем полюс (стрелка отклоняется на 2 деления, меньше половины шкалы), затем быстрее (отклонение 5 делений).
7. Вывод 2. Чем быстрее меняется магнитный поток, пронизывающий катушку, тем больше сила индукционного тока (и ЭДС индукции).
8. Установка (рис. 181): источник тока, ключ, реостат и катушка 2 с железным сердечником — одна цепь; катушку-моток 1 надеваем на сердечник и подключаем к миллиамперметру (на рисунке показана схема).
9. Опыты с двумя катушками. а) При замыкании цепи катушки 2 стрелка миллиамперметра кратковременно отклоняется (вправо на 3 деления), при размыкании — кратковременно в противоположную сторону. б) Пока через катушку 2 течёт постоянный ток, стрелка стоит на нуле: индукционного тока нет. в) При перемещении ползунка реостата, когда ток в катушке 2 увеличивается, стрелка отклоняется в одну сторону (на 2 деления), когда уменьшается — в противоположную; при неподвижном ползунке ток отсутствует.
10. Вывод 3. Магнитный поток, пронизывающий катушку 1, меняется при замыкании и размыкании цепи катушки 2 и при изменении в ней силы тока. Причина: магнитное поле катушки 2 пропорционально силе тока в ней; когда ток растёт, убывает или появляется и исчезает, индукция поля и поток через витки катушки 1 меняются. При постоянном токе поле и поток постоянны, поэтому индукционного тока нет.
Общий вывод. Явление электромагнитной индукции: при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нём возникает индукционный ток; его направление зависит от того, увеличивается поток или уменьшается, а сила тока — от скорости изменения потока.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться (отклонения стрелки в делениях и направление «вправо/влево» зависят от прибора и способа включения; рис. 180 и 181 описаны по рисунку учебника).