ГРУППА 203. ФИЗИКА. ТЕМА «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОВОДНИКОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ, МАГНИТНЫЙ ПОТОК»

 

Неподвижные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле. Движущиеся заряды создают вокруг себя электрическое поле и магнитное поле

. Взаимодействие токов

 Между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, которые можно определить по закону Кулона. Каждый из зарядов создает свое электрическое поле, которое действует на другой заряд. Взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами (например, в проводниках с электрическим током) называют магнитными. А силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.  

Если параллельно расположенные проводники соединить так, чтобы в них: 

- . возникли токи одинакового направления, то проводники начнут притягиваться друг к другу; 

- возникли токи противоположного направления, то проводники начнут отталкиваться друг от друга

  Магнитное поле

 В пространстве, окружающем движущиеся заряды (или электрические токи) возникает поле, называемое магнитным. Электрический ток в проводнике создает вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток в другом проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника, действует на первый. Магнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

 Свойства магнитного поля:

1. магнитное поле порождается электрическим током (направленно движущимися зарядами).

2. магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (на движущиеся заряды).

  Замкнутый контур с током в магнитном поле

1. Однородное магнитное поле оказывает на рамку ориентирующее действие. Если подвесить на гибких проводах плоскую рамку с током между полюсами магнита (т.е. в однородном магнитном поле), то рамка будет поворачиваться до тех пор, пока ее плоскость не установится перпендикулярно линии, соединяющей полюсы магнита.

 2. В неоднородном магнитном поле рамка, кроме поворачивания, будет двигаться поступательно, притягиваясь к проводнику с током или отталкиваясь от него. Если подвесить рамку с током рядом с проводником тока, то рамка тоже поворачивается и располагается так, что провод оказывается в плоскости рамки, а кроме того, в зависимости от направления токов в проводнике и рамке, притягиваться или отталкиваться от него. При изменении направления тока в проводе рамка повернется на 180°.

 

Движущиеся заряды (электрический ток) создают магнитное поле. Вокруг любых направленно движущихся зарядов возникает магнитное поле. Оно также появляется, если в пространстве существует электрическое поле, изменяющееся со временем. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток.

Ампер пришел к совершенно новым идеям. Он предположил, что магнитные явления вызываются взаимодействием электрических токов. Каждый магнит представляет собой систему замкнутых электрических токов, плоскости которых перпендикулярны оси магнита. Взаимодействие магнитов, их притяжение и отталкивание объясняются притяжением и отталкиванием, существующими между токами. 3емной магнетизм также обусловлен электрическими токами, которые протекают в земном шаре.

. Магнитный поток

Магнитный поток - это характеристика магнитного поля, которая зависит от вектора магнитной индукции во всех точках поверхности, ограниченной плоским замкнутым контуром. Есть плоский замкнутый проводник (контур), ограничивающий поверхность площадью S и помещенный в однородное магнитное поле.

Нормаль (вектор, модуль которого равен единице) к плоскости проводника составляет угол α с направлением вектора магнитной индукции.

 Магнитным потоком Ф (потоком вектора магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла α между векторами и : равен Ф = BScos α ,

где Вcos α = Вn - проекция вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура. Поэтому Ф = BnS.  Магнитный поток тем больше, чем больше Вn и S. Магнитный поток зависит от ориентации поверхности, которую пронизывает магнитное поле.

Магнитный поток графически можно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Единицей магнитного потока является вебер. Магнитный поток в 1 вебер (1 Вб) создается однородным магнитным полем с индукцией 1Тл через поверхность площадью 1м², расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.             Задание:   Ответьте на вопросы теста

1 вариант

1. Как взаимодействуют два параллельных проводника, если электрический ток в них протекает в одном направ­лении?

А. Сила взаимодействия равна нулю.
Б. Проводники притягиваются.
В. Проводники отталкиваются.

2. С какой силой взаимодействует каждый метр длины двух параллельных проводников бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенных на расстоя­нии 1 м один от другого в вакууме, если сила тока в про­водниках равна 2 А?

А. 8 ⋅ 10^-7 Н
Б. 10^-7 Н
В. 2 ⋅ 10^-7 Н

3. Контур АВСD находится в однород­ном магнитном поле (рис. 31), линии индукции которого направлены перпен­дикулярно плоскости чертежа от нас.

Магнитный поток через контур будет менять­ся, если контур…

А. движется в однородном магнитном поле в плоскости рисунка влево;
Б. движется в плоскости рисунка вверх;
В. поворачивается вокруг стороны АВ.

4. Два электрона движутся на расстоянии r друг от дру­га, как показано на рисунке 32. Сравните силу их взаи­модействия при движении с силой их взаимодействия в покое на том же расстоянии друг от друга.

А. Сила взаимодействия электронов при движении больше.
Б. Сила взаимодействия электронов при движении меньше.
В. Силы в обоих случаях равны.

5. Рамку, площадь которой равна 0,5 м², пронизывают линии индукции магнитного поля под углом 30° к плос­кости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизываю­щий рамку, если индукция магнитного поля 4 Тл? 

  

 М

 ГРУППА 301

                      Контрольная работа №2  по теме «Динамика»

 

      1 ВАРИАНТ                                                                     2 ВАРИАНТ

1. Какая физическая величина является мерой

         ИНЕРТНОСТИ ТЕЛ                                 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ

А) энергия        б) скорость    в) масса           г)сила          д)ускорение

 

2. На тело действуют две силы 4 Н и 3 Н. Определите равнодействующую этих сил, если

        УГОЛ МЕЖДУ НИМИ РАВЕН 90⁰                                      РАВЕН 180⁰

    А) 1 Н       б) 2 Н         в) 5 Н         г) 7 Н         д) 8 Н

 

3.В каком месте порвётся нитка, если за нижний конец

         ТЯНУТЬ МЕДЛЕННО                                                  РЕЗКО ДЁРНУТЬ

 

А) разорвётся одновременно    б) разорвётся в т.А   в) разорвётся в т.В   г) не разорвётся

 

4.Какую силу тяги должен развивать двигатель самолёта массой 60 т, чтобы достичь

             УСКОРЕНИЯ 1,5 м/с ²                                          УСКОРЕНИЯ 2,5 м/с²

А) 20 кН       б) 40 кН            в)60 кН               г)90 кН                  д) 150 кН

 

5.Определите массу тела, которое под действием силы 150 Н движется по закону

         Х = 10 +5t   + 0,5 t²                                                         х  = 20 – 5 t  + 5 t²

а) 15 кг         б) 50 кг          в) 100 кг           г) 120 кг       д) 150 кг

 

6. Три стальные шарики размещены на равных расстояниях друг от друга. Между какими шариками сила тяжести

              Наибольшая                                                                   Наименьшая?

А) 1 и 2       Б) 1 и 3   В)        В) 2 и 3       г) одинаковые

 

7.Как изменится сила гравитационного взаимодействия двух тел, если Расстояние между ними увеличится вдвое   Масса одного из них уменьшится

вдвое

  А) увеличится вдвое; б) уменьшится вдвое;  в) не изменится ; г)

увеличится в 4раза;   

 

8. Тело массой  100 кг находится в лифте. Найдите его вес, если лифт, имея ускорение 1 м/с² 

            Движется вниз                                                 движется вверх

А)100 Н        б) 120 Н          в) 800 Н            г) 1000 Н         д) 1200 Н 

 

9. Установить соответствие между понятием математическим выражением:

                                                 ВАРИАНТ 1

А) второй закон динамики                              1.  N

Б) третий закон динамики                               2.  P = m (g + а)

В) вес тела                                                         3.   F_{1  =_-}     F₂     

Г) сила трения                                                   4.   F  = am

 

                                         ВАРИАНТ  2

 

А). Сила упругости                                          1. F =  am

Б)  Сила тяжести                                              2.  F =  Gm m|R

В) Второй закон Ньютона                               3.  F = mg

Г) Гравитационная сила                                  4.  F =  k ∆ x

 

 

ГРУППА 301. ФИЗИКА. ТЕМА.  «РЕШЕНИЕ  ЗАДАЧ»

 При решении задач по динамике надо знать, какие силы действуют на движущиеся тела. Обычно в задачах рассматриваются следующие силы:

 1. Силы тяжести (Fт = mg) — это сила, действующая на тело со стороны Земли. Сила тяжести приложена к центру масс тела.

 Сила тяжести сообщает телу массы m ускорение свободного падения g, приблизительно равное 9,8 м/с2. Пренебрегая вращением Земли, силу тяжести можно считать направленной к центру Земли

. 2. Сила реакции опоры (N) — это сила, с которой опора действует на тело. Сила реакции опоры перпендикулярна к поверхности соприкосновения тел. Сила реакции опоры приложена к телу.

 

3. Сила нормального давления (Fн.д.) — это сила, с которой тело давит на опору. Сила нормального давления перпендикулярна поверхности соприкосновения тел. Сила нормального давления равна по модулю силе реакции опоры и противоположна ей по направлению. Сила нормального давления приложена к опоре.

 

 4. Сила натяжения подвеса (Т) — это сила, с которой подвес действует на тело.

 

Сила натяжения подвеса приложена к телу и направлена вдоль подвеса. Если тела связаны невесомой нитью, то натянутая нить действует с одинаковыми силами как на одно, так и на другое тело. Нить может быть перекинута через систему невесомых блоков. Обычно нить считается нерастяжимой, а зависимость силы натяжения нити от деформации не рассматривается.

  5. Сила натяжения нити (Т) — это сила, с которой (в случае связанных тел) нить действует на тело. Сила натяжения нити приложена к телу и направлена вдоль нити. Если тела связаны невесомой нитью, то натянутая нить действует с одинаковыми силами как на одно, так и на другое тело. Нить может быть перекинута через систему невесомых блоков.

Обычно нить считается нерастяжимой, т.е. зависимость силы натяжения нити от деформации не рассматривается.

6. Сила трения (Fтр) — это сила сопротивления, возникающая при относительном перемещении прижатых друг к другу тел. Сила трения направлена по касательной к поверхности соприкосновения тел и противоположно направлению перемещения тела. В состоянии покоя возникающая сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения, определяемого силой нормального давления Fтр.п.max = μFн.д., где μ — коэффициент трения. При скольжении обычно принимается Fтр = Fтр.п.max . Так как Fн.д. = N, то Fтр = 

Алгоритм решения задач по динамике.

 

 1. Изобразить все силы, действующие на тела, на чертеже.

 2. Записать уравнение движения согласно второму закону Ньютона. При движении по прямой: F = mа = F₁ + F₂ + . . . + Fn, где F₁, F₂, . . ., Fn — проекции сил на эту прямую. Положительное направление отсчета обычно выбирают по направлению вектора ускорения. Если направление силы совпадает с направлением ускорения, то проекция силы берется со знаком плюс, в противном случае — со знаком минус. Если направление ускорения неизвестно, то оно может быть выбрано произвольно.

Если в результате полученное при решении задачи ускорение положительно, то его направление выбрано правильно, если отрицательно — то истинное направление ускорения противоположно. В направлении, перпендикулярном к направлению движения, сумма проекций сил равна нулю, так как ускорение в этом направлении равно 0.

 3. Если рассматривается движение системы тел, то уравнение движения нужно записать для каждого тела системы. Задача может быть решена лишь тогда, когда число независимых уравнений равно числу неизвестных. В число неизвестных часто кроме величин, которые требуется найти по условию задачи, входят еще силы реакции опоры, трения и натяжения подвеса, возникающие при взаимодействии тел системы.

 4. Для решения задачи о движении системы связанных друг с другом тел одних уравнений движения часто бывает недостаточно. Нужно записать еще кинетические уравнения, дающие соотношения между ускорениями тел системы, уравнения для координат и скоросте

. 5. Решение задачи следует первоначально получить в общем виде, а затем подставлять числовые значения.

 

 Примеры решения задач по динамике

 Задача1

Автомобиль массой 2т движется с места с ускорением 0,6 м/с². Какую силу тяги развивает двигатель, если коэффициент трения 0,04?

 Дано                                             Решение:

m= 2 т         2000 кг             ma =F_тяги  -  F_тр.  = ma -  mg

а  = 0,6 м/с²                          F_тяги = ma + F_тр = ma +  mg

μ = 0,04                                 F_тр.   =  0,04 ∙2000 ∙10 = 800Н

F_тяги - ?                                   F_тяги  = 2000∙ 0, 6 + 800 = 2000 Н = 2кН

 Задача2.

Найти коэффициент жёсткости пружины, если сила 500 Н увеличивает её длину на 2 см.

Дано                                               РЕШЕНИЕ

F =500Н                                   F =k ∆x

∆x = 2 cм = 002 м                  k = F  ∆x

                                                  K =             k =  =25000 Н/м

Задача3.

С какой силой автомобиль массой 4 т притягивается к Солнцу (масса Солнца

2 10³⁰ кг, расстояние равно 150 млн. км)

 Дано

M = 2∙ 10³⁰  кг                                                   РЕШЕНИЕ                                           

m = 4т                    4∙ 10 ³ кг    F = G mM / r²  = 6,67∙ 10^-11∙ ∙4∙ 10³ ∙2∙ 10³⁰ /(1,5 10¹¹)²

r =150 млн.км      1 5∙ 10¹¹ м       = 24 Н

F- ?

 

Задача 4

Тело массой 6 кг под действием некоторой силы приобрело ускорение            4 м/с².

 Каково ускорение приобретёт тело массой 10 кг под действием такой же силы.

 Дано

m₁ = 6 кг                                      РЕШЕНИЕ

a₁ = 4 м/с²               F = m₁ a₁             F = m₂ a₂

m_{2 =} 10 кг                            m₁ a₁ = m₂ a₂

a₂  - ?                                   a₂ =  =   = 2,4 м/с²

 РЕШИТЕ САМОСТОЯТЕЛЬНО:

 Задача 1.

Рассчитайте коэффициент трения скольжения, если сила трения бруска массой 300 г о горизонтальную поверхность равна 0, 06 Н.

 Задача 2.

С какой силой давит на дно лифта груз массой 100 кг, если лифт:

А) поднимается вверх с ускорением 0,5 м/с²

Б) опускается вниз с ускорением 0,8 м/с²