المجال المغنطيسي. أمثلة على المهام ذات مستويات الصعوبة المختلفة

مشكلة الفيزياء - 3154

2017-04-30
جسيم كتلته $m = 6.65 \cdot 10^(-27)kg$ وشحنته $q = 3.2 \cdot 10^(-19) C$ يتم تسريعه لأول مرة في مجال كهروستاتيكي، ويمر عبر فرق جهد متسارع $u = 2500 بالدولار. السرعة الأوليةالجزيئات تساوي صفر ثم يطير الجسيم إلى مجال مغناطيسي منتظم مع تحريض $B = 210 T$، بشكل عمودي على ناقل السرعة. أوجد التغير في كمية حركة الجسيم بمرور الوقت $t = \frac( \pi)(2) \cdot 1.039 \cdot 10^(-3) s$ بعد دخول المجال المغناطيسي. حدد مقدار التسارع المركزي والعرضي للجسيم في هذه الأوقات والأوقات اللاحقة.

حل:

دع الجسيم المشحون يكون في اللحظة الأولى من الزمن عند النقطة A المجال الكهروستاتيكي، الذي تساوي إمكاناته $\phi_(A)$. إذن طاقة الجسيم هي الطاقة الكامنة في المجال الكهروستاتيكي $W_(A) = W_(pA) = q \phi_(A)$. عند النقطة B، تتكون طاقة الجسيم من الإمكانات $W_(pB) = q \phi_(B)$ والحركية $W_(kB) = \frac(mv^(2))(2)$، أي. $W_(B) = q \phi_(B) + \frac(mv^(2))(2)$. حسب قانون حفظ الطاقة $W_(A) = W_(B) \Rightarrow q \phi_(A) = q \phi_(B) + \frac(mv^(2))(2) \Rightarrow q( \phi_(A ) - \phi_(B)) = \frac(mv^(2))(2)$.

لكن $\phi_(A) - \phi_(B) = u \Rightarrow qu = \frac(mv^(2))(2)$، وسرعة الجسيم عند دخوله إلى مجال مغناطيسي $v = \sqrt ( \frac (2qu)(m)) = 4.9 \cdot 10^(5) m/s$. في المجال المغناطيسي، يتحرك الجسيم تحت تأثير قوة لورنتز في دائرة بسرعة ثابتة $v$ (الشكل 1). وفقًا لقانون نيوتن الثاني، $F_(l) = m \cdot a_(n)$، حيث قوة لورنتز $F_(l)= qvB$، والتسارع المركزي للجسيم $a_(n) = \frac( ت^(2)) (ص)$. بعد الاستبدال نحصل على $qvB = m \frac(v^(2))(R)$، ومنه نصف قطر الدائرة $R = \frac(mv)(qB) = 510 m$. فترة دوران الجسيم على طول الدائرة $T = \frac(2 \pi R)(v) = \frac(2 \pi m)(qB) = 2 \pi \cdot 1.039 \cdot 10^(-3 ) س$.

نسبة وقت الحركة $t$ إلى الفترة

$\frac(t)(T) = \frac( \left (\frac( \pi)(2) \cdot 1.039 \cdot 10^(-3) \right)) )( 2 \pi \cdot 1.039 \cdot 10 ^(-3)) = \frac(1)(4) \Rightarrow t = \frac(1)(4) T$، أي ل الوقت المحدديمر الجسيم بربع الدائرة، ويدور متجه سرعته بمقدار $90^( \circ)$ (الشكل).

تغير الزخم $\Delta \vec(p) = \vec(p)_(2) - \vec(p)_(1) = \vec(p)_(2) + (- \vec(p)_( 1))$، حيث $p_(1) = p_(2) = mv$.

معامل المتجه $\Delta p = \sqrt(2) p_(1) = \sqrt(2) p_(2) = 4.6 \cdot 10^(21) كجم/ث$. معامل تسارع الجاذبية المركزية عند أي نقطة على الدائرة

$a_(n) = \frac(v^(2))(R) = 4.7 \cdot 10^(8) m/s^(2)$.

نظرًا لأن قوة لورنتز المؤثرة على الجسيم موجهة على طول نصف قطر الدائرة نحو المركز، فإن التسارع العرضي عند أي نقطة $a_( \tau) = 0$.

اختبار حول الموضوع:

الصف الحادي عشر
الخيار 1

أ1.ما الذي يفسر تفاعل موصلين متوازيين مع التيار المباشر؟

1. 
   تفاعل الشحنات الكهربائية.
2. 
   تأثير المجال الكهربائي لأحد الموصلات مع التيار على التيار في موصل آخر؛
3. 
   فعل المجال المغنطيسيموصل واحد للتيار في موصل آخر.

أ2.ما هو الجسيم الذي يتأثر بالمجال المغناطيسي؟

1. 
   على مشحونة متحركة؛
2. 
   على واحدة متحركة غير مشحونة.
3. 
   إلى مشحونة ثابتة؛
4. 
   إلى واحد غير مشحون في الراحة.

A4.يوجد موصل مستقيم طوله 10 cm في مجال مغناطيسي منتظم بتحريض قدره 4 T ويقع بزاوية 30 0 مع متجه الحث المغناطيسي. ما القوة المؤثرة على الموصل من المجال المغناطيسي إذا كان التيار المار في الموصل 3 A؟

1. 
   1.2 ن؛ 2) 0.6 ن؛ 3) 2.4 ن.

أ5.

أ6.الحث الكهرومغناطيسي هو:

1. 
   ظاهرة تميز تأثير المجال المغناطيسي على شحنة متحركة؛
2. 
   ظاهرة حدوثها في حلقة مغلقة التيار الكهربائيعندما يتغير التدفق المغناطيسي.
3. 
   ظاهرة تميز تأثير المجال المغناطيسي على موصل يحمل تيارًا.

أ7.إطار مربع بمساحة 1 م 2 في مجال مغناطيسي منتظم مع تحريض 2 T يخضع لعزم دوران أقصى قدره 4 N∙m. ما هو التيار في الإطار؟

1. 
   1.2 أ؛ 2) 0.6 أ؛ 3) 2 أ.

ب1.

قيم		وحدات القياس
أ)	الحث	1)	تسلا (تي)
ب)	التدفق المغناطيسي	2)	هنري (جن)
في)	تحريض المجال المغناطيسي	3)	ويبر (ويب)
		4)	فولت (الخامس)

ب2.الجسيمات مع الكتلة م، تحمل تهمة ف ب نصف القطر المحيطي ربسرعة ضد. ماذا يحدث لنصف القطر المداري، والدورة المدارية، وطاقة حركة الجسيم مع زيادة سرعته؟

الكميات الفيزيائية		تغييراتهم
أ)	نصف القطر المداري	1)	سوف تزيد
ب)	فترة التداول	2)	سوف تنخفض
في)	الطاقة الحركية	3)	لن يتغير

ج1.في ملف محاثته 0.4 H، نشأ قوة دافعة حثية ذاتية قدرها 20 V، احسب التغير في قوة التيار وطاقة المجال المغناطيسي للملف إذا حدث ذلك خلال 0.2 s.

اختبار حول الموضوع:

"المجال المغنطيسي. الحث الكهرومغناطيسي" الصف الحادي عشر
الخيار 2

أ1.يتم تفسير دوران الإبرة المغناطيسية بالقرب من موصل يحمل تيارًا بحقيقة أنها تتأثر بما يلي:

1. 
   المجال المغناطيسي الناتج عن الشحنات المتحركة في الموصل؛
2. 
   المجال الكهربائي الناتج عن الشحنات الموجودة على موصل؛
3. 
   المجال الكهربائي الناتج عن تحريك شحنات الموصل.

أ2.تتحرك شحنة كهربائيةيخلق:

1. 
   فقط المجال الكهربائي;
2. 
   كل من المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي.
3. 
   المجال المغناطيسي فقط.

أ3. أي من الأشكال يوضح بشكل صحيح اتجاه تحريض المجال المغناطيسي الناتج عن موصل مستقيم يحمل تيارًا كهربيًا؟ أ؛ 2) ب؛ 3) خامسا.

A4.يوجد موصل مستقيم طوله 5 cm في مجال مغناطيسي منتظم بتحريض قدره 5 T ويقع بزاوية 30 0 مع متجه الحث المغناطيسي. ما القوة المؤثرة على الموصل من المجال المغناطيسي إذا كان التيار المار في الموصل 2 A؟

1. 
   0.25 ن؛ 2) 0.5 ن؛ 3) 1.5 ن.

أ5.يوجد موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي. ما هو اتجاه قوة الامبير المؤثرة على الموصل؟ منا؛ 2) لنا؛ 3) يساوي الصفر.

أ6.تعمل قوة لورنتز

1. 
   إلى جسيم غير مشحون في مجال مغناطيسي؛
2. 
   إلى جسيم مشحون ساكن في مجال مغناطيسي؛
3. 
   على جسيم مشحون يتحرك على طول خطوط مجال الحث المغناطيسي.

أ7.إطار مربع بمساحة 2 م 2 بتيار 2 أمبير يخضع لعزم دوران أقصى قدره 4 نيوتن متر. ما هو تحريض المجال المغناطيسي في الفضاء قيد الدراسة؟

1)1 طن؛ 2) 2 ت؛ 3) 3ت.

ب1.إنشاء تطابق بين الكميات الفيزيائية والصيغ التي يتم من خلالها تحديد هذه الكميات

قيم		وحدات القياس
أ)	القوة المؤثرة على موصل يمر به تيار من مجال مغناطيسي	1)
ب)	طاقة المجال المغناطيسي	2)
في)	القوة المؤثرة على شحنة كهربائية تتحرك في مجال مغناطيسي.	3)
		4)

ب2.الجسيمات مع الكتلة م، تحمل تهمة س، يتحرك في مجال مغناطيسي موحد مع الحث بنصف القطر المحيطي ر بسرعة ضد. ماذا يحدث لنصف القطر المداري، والفترة المدارية، والطاقة الحركية للجسيم مع زيادة شحنة الجسيم؟

لكل موضع من العمود الأول، حدد الموضع المقابل للعمود الثاني واكتب الأرقام المحددة في الجدول تحت الحروف المقابلة

الكميات الفيزيائية		تغييراتهم
أ)	نصف القطر المداري	1)	سوف تزيد
ب)	فترة التداول	2)	سوف تنخفض
في)	الطاقة الحركية	3)	لن يتغير

ج1.في أي زاوية ل خطوط الكهرباءيجب أن يتحرك مجال مغناطيسي بتحريض قدره 0.5 T، وموصل نحاسي بمقطع عرضي قدره 0.85 مم 2 ومقاومة قدرها 0.04 أوم بحيث يتم إثارة قوة دافعة مستحثة تساوي 0.35 فولت عند طرفيه بسرعة 0.5 م/ث ؟ ( المقاومةالنحاس ρ= 0.017 أوم∙مم 2 /م)

اختبار حول الموضوع:

"المجال المغنطيسي. الحث الكهرومغناطيسي" الصف الحادي عشر
الخيار 3

أ1.يتم إنشاء المجالات المغناطيسية:

1. 
   كل من الشحنات الكهربائية الثابتة والمتحركة؛
2. 
   الشحنات الكهربائية الثابتة
3. 
   الشحنات الكهربائية المتحركة .

أ2.يؤثر المجال المغناطيسي على:

1. 
   فقط على الشحنات الكهربائية الثابتة.
2. 
   فقط على الشحنات الكهربائية المتحركة؛
3. 
   كل من الشحنات الكهربائية المتحركة والثابتة.

A4.ما القوة المؤثرة من مجال مغناطيسي منتظم يؤثر تحريضه 30 mT على موصل مستقيم طوله 50 cm موجود في المجال ويحمل تيارًا شدته 12 A؟ يشكل السلك زاوية قائمة مع اتجاه ناقل تحريض المجال المغناطيسي.

1. 
   18 ن؛ 2) 1.8 ن؛ 3) 0.18 ن؛ 4) 0.018 ن.

أ5.يوجد موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي. ما هو اتجاه قوة الامبير المؤثرة على الموصل؟ 1) فوق؛ 2) أسفل؛ 3) اليسار؛ 4) إلى اليمين.

أ6.ماذا تظهر الأصابع الأربعة الممدودة لليد اليسرى عند التحديد

قوات أمبير

1. 
   اتجاه قوة الحث الميداني.
2. 
   اتجاه التيار
3. 
   اتجاه قوة أمبير.

أ7.يؤثر مجال مغناطيسي بتحريض قدره 10 mT على موصل يبلغ فيه التيار 50 A بقوة 50 mN. أوجد طول الموصل إذا كانت خطوط تحريض المجال والتيار متعامدة.

1. 
   1 م؛ 2) 0.1 م؛ 3) 0.01 م؛ 4) 0.001 م.

ب1.إنشاء المراسلات بين الكميات الفيزيائية ووحدات قياسها

قيم		وحدات القياس
أ)	القوة الحالية	1)	ويبر (ويب)
ب)	التدفق المغناطيسي	2)	أمبير (أ)
في)	القوة الدافعة الكهربية المستحثة	3)	تسلا (تي)
		4)	فولت (الخامس)

ب2.الجسيمات مع الكتلة م، تحمل تهمة س، يتحرك في مجال مغناطيسي موحد مع الحث بنصف القطر المحيطي ر بسرعة ضد. ماذا يحدث لنصف القطر المداري، والدورة المدارية، والطاقة الحركية للجسيم مع زيادة تحريض المجال المغناطيسي؟

لكل موضع من العمود الأول، حدد الموضع المقابل للعمود الثاني واكتب الأرقام المحددة في الجدول تحت الحروف المقابلة

الكميات الفيزيائية		تغييراتهم
أ)	نصف القطر المداري	1)	سوف تزيد
ب)	فترة التداول	2)	سوف تنخفض
في)	الطاقة الحركية	3)	لن يتغير

ج1.في ملف يتكون من 75 دورة، يكون التدفق المغناطيسي 4.8∙10 -3 Wb. ما المدة التي يستغرقها اختفاء هذا التدفق حتى ينشأ متوسط ​​قوة دافعة مستحثة مقدارها 0.74 V في الملف؟

امتحان