Что нужно знать
Магнитное поле — это особая форма материи, которая существует вокруг движущихся электрических зарядов, проводников с током и постоянных магнитов и действует на другие магниты и проводники с током. Основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция B, которая показывает силовое действие поля и измеряется в теслах (Тл). Магнитное поле изображают с помощью магнитных линий: вне магнита они направлены от северного полюса к южному, не пересекаются и образуют замкнутые линии. Направление магнитного поля в данной точке определяют по направлению северного полюса магнитной стрелки. Вокруг прямого проводника с током магнитные линии имеют форму концентрических окружностей, а их направление определяют по правилу правой руки (правилу буравчика). На проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила Ампера: F = B * I * l * sin(α), где F — сила (Н), B — магнитная индукция (Тл), I — сила тока (А), l — длина проводника (м), α — угол между направлением тока и магнитной индукцией; при перпендикулярном расположении F = B * I * l. На движущийся электрический заряд в магнитном поле действует сила Лоренца, которая при перпендикулярном движении заряда относительно поля определяется формулой F = |q| * v * B, где q — заряд (Кл), v — скорость (м/с), B — магнитная индукция (Тл). Например, магнитное поле постоянного магнита позволяет магнитному компасу указывать направление на север. Типичная ошибка учеников — считать, что магнитные линии пересекаются или что магнитное поле действует с силой Ампера на неподвижный заряд.
Тест: 12 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют магнитным полем?
- Пространство, в котором действуют только силы электрического притяжения неподвижных зарядов
- Особую форму материи, посредством которой взаимодействуют движущиеся электрические заряды, токи и магниты
- Область пространства, в которой отсутствуют электрические и магнитные взаимодействия
- Физическое тело, состоящее из намагниченных частиц
Магнитное поле создаётся движущимися электрическими зарядами, электрическими токами и постоянными магнитами. Оно оказывает силовое действие на движущиеся заряды и проводники с током.
2. Какая физическая величина является основной силовой характеристикой магнитного поля и в каких единицах СИ она измеряется?
- Сила тока, ампер (А)
- Магнитный поток, вебер (Вб)
- Магнитная индукция, тесла (Тл)
- Напряжённость электрического поля, вольт на метр (В/м)
Магнитная индукция B характеризует силовое действие магнитного поля. Единица её измерения в СИ — тесла.
3. Как направлены магнитные линии вне постоянного полосового магнита?
- Перпендикулярно поверхности магнита во всех точках
- От центра магнита к обоим полюсам
- От южного полюса к северному
- От северного полюса к южному
Вне постоянного магнита магнитные линии выходят из северного полюса и входят в южный. Внутри магнита они направлены обратно, образуя замкнутые линии.
4. Какое утверждение о магнитных линиях является правильным?
- Магнитные линии не пересекаются и образуют замкнутые кривые
- Магнитные линии пересекаются в точках максимальной индукции
- Магнитные линии всегда являются прямыми и параллельными
- Магнитные линии начинаются на северном полюсе и нигде не заканчиваются
В каждой точке магнитного поля существует только одно направление магнитной индукции, поэтому линии не могут пересекаться. Магнитное поле является вихревым, а его линии замкнуты.
5. Как определить направление магнитных линий вокруг прямого проводника с током?
- По правилу сложения скоростей
- По правилу правой руки (правилу буравчика)
- По правилу левой руки
- По закону сохранения электрического заряда
Если большой палец правой руки направить по току, то согнутые пальцы покажут направление магнитных линий вокруг проводника.
6. При каком расположении прямого проводника с током относительно линий магнитной индукции сила Ампера максимальна?
- Когда проводник расположен параллельно линиям магнитной индукции
- Когда проводник не находится в магнитном поле
- Когда проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции
- Когда проводник расположен под углом 30° к линиям магнитной индукции
Сила Ампера определяется формулой F = B * I * l * sin(α). Она максимальна при α = 90°, поскольку sin(90°) = 1.
7. Какое утверждение правильно описывает действие магнитного поля на электрический заряд?
- Магнитное поле действует на электрический заряд только при отсутствии электрического поля
- На любой неподвижный электрический заряд магнитное поле действует силой Лоренца
- Магнитное поле действует на заряд только при его движении вдоль линий индукции
- На неподвижный электрический заряд магнитное поле не действует силой Лоренца
Магнитная составляющая силы Лоренца зависит от скорости заряда: F = |q| * v * B * sin(α). При v = 0 сила равна нулю.
8. Почему магнитная стрелка компаса поворачивается рядом с проводником, по которому течёт электрический ток?
- Электрический ток создаёт вокруг проводника магнитное поле, взаимодействующее со стрелкой
- Проводник нагревается и передаёт тепло магнитной стрелке
- Магнитная стрелка превращает электрический ток в механическое движение проводника
- Электрический ток создаёт только электрическое поле, которое притягивает стрелку
Магнитное поле электрического тока воздействует на магнитную стрелку и вызывает её поворот. Это явление демонстрирует связь электрических и магнитных явлений.
9. В однородном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл находится прямой проводник длиной 0,4 м. Сила тока равна 3 А. Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции. Чему равна сила Ампера?
Используем формулу F = B * I * l * sin(α). Подставляем значения: F = 0,5 * 3 * 0,4 * 1 = 0,6 Н.
10. На прямой проводник длиной 0,2 м, расположенный перпендикулярно магнитному полю с индукцией 0,4 Тл, действует сила Ампера 0,16 Н. Чему равна сила тока в проводнике?
Из формулы F = B * I * l получаем I = F / (B * l). Подставляем: I = 0,16 / (0,4 * 0,2) = 2 А.
11. Электрический заряд величиной 2 * 10^-6 Кл движется со скоростью 3 * 10^4 м/с перпендикулярно магнитному полю с индукцией 0,5 Тл. Чему равна сила Лоренца?
Используем формулу F = |q| * v * B. F = 2 * 10^-6 * 3 * 10^4 * 0,5 = 0,03 Н.
12. На проводник длиной 0,5 м, по которому течёт ток 4 А, действует сила Ампера 1 Н. Проводник расположен перпендикулярно магнитному полю. Чему равна магнитная индукция поля?
Из формулы F = B * I * l получаем B = F / (I * l). Подставляем: B = 1 / (4 * 0,5) = 0,5 Тл.