Контрольная работа «Магнитное поле. Электромагнитная индукция»

Порядок выполнения

Время работы — 40 минут. Выполните один назначенный вариант. В начале работы укажите фамилию, имя, класс и номер варианта.

В расчётных задачах запишите исходные данные в СИ, используемые физические законы, преобразования формул и ответ с единицами измерения. В заданиях на направление силы или тока сделайте рисунок и подпишите направления. В качественных заданиях дайте краткое объяснение. Разрешается непрограммируемый калькулятор.

Для задач с электроном используйте модуль его заряда \(e=1{,}6\cdot10^{-19}\ \text{Кл}\) и массу \(m_e=9{,}1\cdot10^{-31}\ \text{кг}\). Электрон имеет отрицательный заряд. Во всех задачах на движение частицы влиянием силы тяжести пренебрегайте; электрического поля нет. Результаты таких расчётов округляйте до двух значащих цифр.

За задание 1 можно получить 2 балла; за задания 2, 3 и 4 — по 3 балла; за задание 5 — 4 балла; за задание 6 — 3 балла. Максимум — 18 баллов. Баллы распределяются между отдельными пунктами, поэтому показывайте ход решения даже при затруднении с окончательным ответом.

Вариант 1

Задание 1. Магнитное поле и индукция — 2 балла

Магнит неподвижен относительно неподвижной замкнутой катушки. Возникает ли в катушке индукционный ток, если внешние условия не изменяются? Объясните ответ. 1 балл.
Электрон движется по окружности под действием только магнитной силы Лоренца. Совершает ли эта сила работу? Изменяется ли кинетическая энергия электрона? Объясните ответ. 1 балл.

Задание 2. Сила Ампера — 3 балла

Прямой проводник с током \(3\ \text{А}\) находится в однородном магнитном поле с индукцией \(0{,}40\ \text{Тл}\). Длина участка проводника в поле равна \(25\ \text{см}\), угол между направлением тока и вектором магнитной индукции — \(30^\circ\).

Найдите модуль силы Ампера. 2 балла.
В отдельном опыте проводник расположен горизонтально в плоскости листа, ток направлен слева направо, а магнитное поле — перпендикулярно листу от наблюдателя, вглубь листа. Укажите направление силы Ампера и поясните выбор правилом определения её направления. 1 балл.

Задание 3. Движение электрона — 3 балла

Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией \(2{,}0\cdot10^{-3}\ \text{Тл}\) со скоростью \(2{,}0\cdot10^6\ \text{м/с}\). Скорость перпендикулярна вектору магнитной индукции.

Найдите модуль магнитной силы Лоренца. 1 балл.
Найдите радиус траектории электрона. Обоснуйте, какое ускорение создаёт магнитная сила. 2 балла.

Задание 4. Магнитный поток — 3 балла

Плоский контур площадью \(100\ \text{см}^2\) находится в однородном магнитном поле с индукцией \(0{,}20\ \text{Тл}\). Угол между вектором магнитной индукции и выбранной нормалью к плоскости контура равен \(60^\circ\).

Найдите магнитный поток через контур при таком положении. 2 балла.
Контур повернули так, что выбранная нормаль стала сонаправлена вектору магнитной индукции. Найдите новый магнитный поток. 1 балл.

Задание 5. Закон Фарадея и правило Ленца — 4 балла

Неподвижный замкнутый контур из одного витка имеет площадь \(0{,}020\ \text{м}^2\) и сопротивление \(2{,}0\ \text{Ом}\). Однородное внешнее магнитное поле перпендикулярно плоскости контура и направлено от наблюдателя, вглубь листа. За \(0{,}20\ \text{с}\) индукция поля равномерно увеличивается от \(0{,}10\) до \(0{,}50\ \text{Тл}\). Самоиндукцией контура пренебрегайте.

Найдите модуль ЭДС индукции. 2 балла.
Найдите силу индукционного тока. 1 балл.
Укажите направление индукционного тока — по часовой стрелке или против неё при взгляде на лист. Объясните ответ по правилу Ленца. 1 балл.

Задание 6. Самоиндукция и энергия — 3 балла

Индуктивность катушки постоянна и равна \(0{,}40\ \text{Гн}\). В катушке идёт ток \(3{,}0\ \text{А}\), который затем равномерно уменьшается до нуля за \(0{,}060\ \text{с}\).

Найдите модуль ЭДС самоиндукции во время уменьшения тока. 1 балл.
Найдите энергию магнитного поля катушки до начала уменьшения тока. 1 балл.
Объясните, поддерживает ли ЭДС самоиндукции прежний ток или способствует его уменьшению. 1 балл.

Вариант 2

Задание 1. Магнитное поле и индукция — 2 балла

Неподвижную замкнутую катушку поместили в постоянное во времени магнитное поле. Её площадь и ориентация не изменяются. Достаточно ли самого наличия магнитного потока для возникновения индукционного тока? Объясните ответ. 1 балл.
Протон движется по окружности под действием только магнитной силы Лоренца. Изменяются ли модуль его скорости и кинетическая энергия? Объясните ответ через работу силы. 1 балл.

Задание 2. Сила Ампера — 3 балла

Прямой проводник с током \(5\ \text{А}\) находится в однородном магнитном поле с индукцией \(0{,}20\ \text{Тл}\). Длина участка проводника в поле равна \(40\ \text{см}\), угол между направлением тока и вектором магнитной индукции — \(30^\circ\).

Найдите модуль силы Ампера. 2 балла.
В отдельном опыте проводник расположен горизонтально в плоскости листа, ток направлен слева направо, а магнитное поле — перпендикулярно листу к наблюдателю, из листа. Укажите направление силы Ампера и поясните выбор правилом определения её направления. 1 балл.

Задание 3. Движение электрона — 3 балла

Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией \(2{,}0\cdot10^{-3}\ \text{Тл}\) со скоростью \(3{,}0\cdot10^6\ \text{м/с}\). Скорость перпендикулярна вектору магнитной индукции.

Найдите модуль магнитной силы Лоренца. 1 балл.
Найдите радиус траектории электрона. Обоснуйте, какое ускорение создаёт магнитная сила. 2 балла.

Задание 4. Магнитный поток — 3 балла

Плоский контур площадью \(80\ \text{см}^2\) находится в однородном магнитном поле с индукцией \(0{,}30\ \text{Тл}\). Угол между вектором магнитной индукции и выбранной нормалью к плоскости контура равен \(60^\circ\).

Найдите магнитный поток через контур при таком положении. 2 балла.
Контур повернули так, что выбранная нормаль стала сонаправлена вектору магнитной индукции. Найдите новый магнитный поток. 1 балл.

Задание 5. Закон Фарадея и правило Ленца — 4 балла

Неподвижный замкнутый контур из одного витка имеет площадь \(0{,}030\ \text{м}^2\) и сопротивление \(4{,}0\ \text{Ом}\). Однородное внешнее магнитное поле перпендикулярно плоскости контура и направлено к наблюдателю, из листа. За \(0{,}30\ \text{с}\) индукция поля равномерно уменьшается от \(0{,}60\) до \(0{,}20\ \text{Тл}\). Самоиндукцией контура пренебрегайте.

Найдите модуль ЭДС индукции. 2 балла.
Найдите силу индукционного тока. 1 балл.
Укажите направление индукционного тока — по часовой стрелке или против неё при взгляде на лист. Объясните ответ по правилу Ленца. 1 балл.

Задание 6. Самоиндукция и энергия — 3 балла

Индуктивность катушки постоянна и равна \(0{,}60\ \text{Гн}\). В катушке идёт ток \(2{,}0\ \text{А}\), который затем равномерно уменьшается до нуля за \(0{,}040\ \text{с}\).

Найдите модуль ЭДС самоиндукции во время уменьшения тока. 1 балл.
Найдите энергию магнитного поля катушки до начала уменьшения тока. 1 балл.
Объясните, поддерживает ли ЭДС самоиндукции прежний ток или способствует его уменьшению. 1 балл.

Домашнее задание

§1–17. Повторить основные понятия и законы раздела «Магнитное поле. Электромагнитная индукция».