Занятие № 6

Электромагнитная индукция. Электромагнитные колебания.

§  1 – 7 учебника «Физика» для 11 класса.

 Что нужно знать по данной теме:

• Магнитный поток,
• электромагнитная индукция,
• индуктивность,
• свободные и вынужденные колебания,
• колебательный контур,
• переменный ток.

 Законы и формулы:

• Закон электро-магнитной индукции,

• правило Ленца..

Что нужно уметь по данной теме:

• объяснять устройство и принцип действия генератора переменного тока, трансформатора,
• определять неизвестный параметр колебательного контура,
• рассчитывать частоту свободных электро-магнитных колебаний в колебательном контуре,
• решать задачи на применение формул связи периода с циклической частотой.

Вопросы для самоконтроля.

I уровень.

1. В чем состоит главное отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных?
2. В чем заключается явление электро-магнитной индукции?
3. Что называется магнитным потоком, как его рассчитать? Каковы его единицы измерения?
4. Как определить направление индукционного тока? В чем состоит правило Ленца?
5. Как формулируется закон электро-магнитной индукции? Приведите соответствущую формулу.
6. Почему в законе электро-магнитной индукции стоит знак «минус»?
7. Вихревое электрическое поле, что это такое? В чем его отличие от электростатического?
8. Что называется самоиндукцией?
9. Почему проводят аналогию между самоиндукцией и инерцией?
10. Что называют индуктивностью?
11. Сформулируейте закон электро-магнитной индукции для случая самоиндукции.
12. Что называют электро-магнитными колебаниями?
13. Вынужденные и свободные колебания, что это такое?
14. Что такое затухающие и незатухающие колебания?
15. Получение электро-магнитных колебаний в колебательном контуре.
16. Аналогия между электро-магнитными и механическими колебаниями.
17. Гармонические колебания. Уравнение зависимости заряда от времени в колебательном контуре.
18. Фаза колебаний. Что значит выражение «сдвиг фаз»? Уравнение для силы тока в колебательном контуре.
19. Формула Томсона.
20. Переменный электрический ток, что это такое?
21. Явление, лежащее в основе получения переменного тока.
22. Устройство генератора переменного тока.
23. Автоколебания. Принципы, заложенные в устройстве автоколебательных систем. Понятие об обратной связи.
24. Устройство трансформатора.
25. Производство электрической энергии.
26. Как осуществляется передача электрической энергии?

II уровень.

1. Почему закон электро-магнитной индукции формулируется для э.д.с., а не для силы тока?
2. Почему в законеэлектро-магнитной индукции стоит знак «минус»?
3. Какова природа сторонней силы, вызывающей появление индукционного тока в неподвижном проводнике?
4. Как  направлены по отношению к току линии напряженности вихревого электрического поля в проводнике при увеличении и уменьшении силы тока?
5. При каких условиях в электрической цепи возникают вынужденные электро-магнитные колебания?
6. В чем состоит отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний?
7. Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторах?
8. Какими преимуществами обладает переменный ток по сравнению с постоянным?
9. Почему ненагруженный трансформатор потребляет мало энергии?

III уровень.

1. На рис.1-3  приведены различные случаи электро-магнитной индукции.Сформулировать и решить задачу для каждого случая.
                       
   
   
   

2. Будет ли возникать индукционный ток в круговом витке, находящемся в однородном магнитном поле, если: а) перемещать виток поступательно; б) вращать виток вокруг оси, проходящей через его центр перпендикулярно плоскости витка.

3. Как будет направлен ток самоиндукции, если замкнуть ключ?
   
   

4. В каких случаях  в замкнутом проводнике, находящемся в однородном магнитном поле возникнет индукционный ток: а) проводник перемещают вниз, б) проводник неподвижен, а вектор магнитной индукции уменьшается?
   
   

5.  Почему колебания стрелки компаса быстрее затухают, если корпус прибора латунный и медленнее, если корпус пластмассовый?

    

Образцы решения типовых задач.  

1. Колебательный контур состоит из катушки с индуктивностью 0,003Гн и плоского конденсатора емкостью 13,4пФ. Определите период и частоту свободных колебаний в контуре.

   L = 0.003 Гн С = 13.4 10-12 F

2. Изменение силы тока в зависимости от времени задано уравнением
   Найти частоту и период колебаний силы тока, а также значение силы тока при фазе π / 3 рад.

   i - ?

Задачи для самоконтроля.

I уровень.

1. Магнитный поток внутри контура, площадь которого 60 см², равен 0,3 Вб. Найти индукцию магнитного поля внутри контура.

2. Какой магнитный поток пронизывает плоскую поверхность площадью 50 см² при индукции 0,4 Тл, если эта поверхность расположена под углом 45º к вектору индукции?
3. За 5 мс в соленоиде, содержащем 500 витков, магнитный поток равномерно  убывает от 7 до 9 МВб. Найти э.д.с. индукции в соленоиде.
4. Какой магнитный поток возникает в катушке с индуктивностью 20 мГн при силе тока 10 А?
5. Какая э.д.с. самоиндукции возбуждается в обмотке электромагнита с индуктивностью 0,4 Гн при равномерном изменении силы тока в ней за время 0,02 с на 5 А?
6. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 В до 660 В. Найти коэффициент трансформации и количество витков вторичной обмотки.

II уровень.

1. Каков диапазон частот собственных колебаний в контуре, если его индуктивность можно изменять в пределах от 0,1 – 10 мкГн, а емкость в пределах от 50 до 5000пФ?

2. Во сколько раз изменится частота собственных колебаний в колебательном контуре, если емкость конденсатора  увеличить в 25 раз, а индуктивность катушки уменьшить в 16 раз?

3. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 1 мкф и катушки  индуктивностью 4 Гн. Амплитуда колебаний заряда 100 мкКл. Написать уравнение зависимости заряда от времени q=q(t).

4. При вращении проволочной рамки в однородном магнитном поле, пронизывающий рамку магнитный поток изменяется по закону Ф = 0,01cos π t. Написать формулу зависимости э.д.с. от времени е = е(t).

5. Какова частота вращения ротора генератора на электростанции, если у генератора 24 пары полюсов, он вырабатывает ток стандартной частоты?

III уровень.

1. В проволочной рамке площадью 100см² возбуждается э.д.с. индукции с амплитудой 1,4 В. Число витков в рамке 200. Рамка вращается с постоянным числом оборотов в магнитном поле с индукцией 0,15 Тл. В начальный момент времени плоскость рамки перпендикулярна вектору В. Определить э.д.с. индукции в рамке спустя 0,1 с после начала вращения.
2. Какое абсолютное значение принимает переменное напряжение через 10, 15 и 30 мс, если амплитуда напряжения 220 В и период 60 мс.
3. Ротор электрического генератора длиной 7 м и диаметром 1,25 м, вращается с частотой 3000 об/мин, индукция магнитного поля 2 Тл. Определите амплитуду колебаний э.д.с. индукции в одном витке обмотки генератора.
4. С какой частотой должен вращаться виток провода в однородном магнитном поле с индукцией 1,2 Тл, чтобы амплитуда колебаний э.д.с. индукции была 1 В. Площадь витка 2·5·10^-3 м².
5. Будет ли проходить ток через электролитическую ванну с раствором медного купороса, если её подключить к источнику переменного напряжения? Будет ли выделяться на электродах медь? Объяснить почему.

Home    Содержание