Pole magnetyczne - powtórka

Transkrypt

1 ole magnetyczne - powtórka 1. Sztabkowy magnes trwały przełamano w połowie (patrz rysunek 1), a następnie złożono w sposób przedstawiony na rysunku 2. Zaznacz poprawne dokończenie zdania. o złożeniu magnesu A. sztabka nie będzie źródłem pola magnetycznego. B. pole magnetyczne powstanie tylko na połączeniu K. C. pole magnetyczne w pobliżu sztabki nie ulegnie zmianie. D. zmieni się zwrot linii pola magnetycznego. 2. Stwierdzono, że pręt stalowy umieszczony w pewnej odległości od magnesu jest przyciągany przez niego siłą o wartości 5 N. Następnie zamiast pręta stalowego użyto pręta aluminiowego. Zaznacz poprawne dokończenie zdania. ręt aluminiowy A. nie oddziałuje z magnesem. B. jest przyciągany przez magnes siłą o nieco mniejszej wartości niż pręt stalowy. C. jest przyciągany przez magnes siłą o dużo mniejszej wartości niż pręt stalowy. D. jest przyciągany przez magnes siłą o nieco większej wartości niż pręt stalowy. 1

2 3. Magnes trwały ma kształt prostopadłościanu. ole magnetyczne magnesu jest wielokrotnie silniejsze od ziemskiego pola magnetycznego. Dysponujemy dwiema igłami magnetycznymi, które należy umieścić w obszarach zaznaczonych okręgami. Narysuj ustawienie igieł magnetycznych po wstawieniu ich do zaznaczonych obszarów. 4. W pole magnetyczne między biegunami magnesów ustawionych w sposób pokazany na rysunku wpada cząstka naładowana ujemnie. Zaznacz poprawne dokończenie zdania. od wpływem oddziaływania z polem magnetycznym cząstka będzie odchylana A. w stronę bieguna N magnesu. B. w stronę bieguna S magnesu. C. za płaszczyznę rysunku. D. przed płaszczyznę rysunku. 5. W jednorodnym polu magnetycznym o indukcji 0,6 T krąży elektron. Masa elektronu wynosi 9, kg, a jego ładunek to 1, C. Oblicz częstotliwość obiegu elektronu w polu magnetycznym. 2

3 6. Jednym z rodzajów lewitacji jest lewitacja magnetyczna. olega ona na zrównoważeniu siły ciężkości przez siłę pochodzącą od pola magnetycznego silnego magnesu. Okazuje się jednak, że umieszczenie w polu magnetycznym innego magnesu nie zapewnia mu stabilnej lewitacji (patrz rysunek). Tak ustawione magnesy odpychają się, ale w zasadzie natychmiast po umieszczeniu mniejszego magnesu w polu magnetycznym większego następuje obrót mniejszego magnesu i ich wzajemne przyciąganie. Stabilną lewitację obserwuje się, gdy w polu magnetycznym dużego magnesu umieszcza się diamagnetyk. rzykładem lewitacji diamagnetyków w polu magnetycznym jest doświadczenia z lewitującą żabą. W polu magnetycznym o indukcji około 16 T umieszczono żywą żabę, która unosiła się dzięki działaniu pola magnetycznego. Za doświadczenie z lewitującą żabą Andre Geim otrzymał w roku 2000 nagrodę Ig Nobla. Własności diamagnetyczne wykazują również nadprzewodniki i niektóre przewodniki, np. grafit oraz miedź. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub, jeśli jest fałszywe. A. Gdyby zamiast żaby umieszczono w polu magnetycznym truskawkę, również można by zaobserwować lewitację. B. Lewitacja magnesów trwałych w polu magnetycznym jest przykładem równowagi trwałej. C. Nadprzewodniki wypychają pole magnetyczne ze swojego wnętrza. 3

4 7. Rysunek przedstawia uproszczony model budowy silnika prądu stałego, w którym wirnik składa się z jednego zwoju. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub, jeśli jest fałszywe. A. W przedstawionym modelu silnika można zmienić kierunek obrotów poprzez zamianę miejscami biegunów źródła napięcia. B. Obrócenie magnesów o 180, tak że z lewej strony każdego z nich będzie znajdować się biegun S, nie spowoduje zmiany kierunku obrotów silnika. C. Komutator wraz ze szczotkami służy do zmiany kierunku przepływu prądu w zwoju stanowiącym wirnik. 8. W przewodniku zwiniętym w pętlę w kształcie okręgu płynie prąd. Obok tego przewodnika znajduje się długi przewodnik prostoliniowy, w którym również płynie prąd (rysunek). Zaznacz poprawne dokończenie zdania. W wyniku przepływu obu prądów na pętlę z przewodnika działa siła zwrócona A. w górę rysunku. B. w dół rysunku. C. w lewo. D. w prawo. 9. W środku pętli wykonanej z przewodnika, w którym płynie prąd, powstaje pole magnetyczne o indukcji 1,6 µt. Średnica pętli jest równa 18 cm. rzenikalność magnetyczna próżni wynosi. Oblicz natężenie prądu płynącego przez pętlę. 4

5 10. Na tekturową rurkę nawinięte są zwoje. Zwojnica jest podłączona do źródła prądu stałego. Dysponujemy dwiema igłami magnetycznymi, które należy umieścić w obszarach zaznaczonych okręgami. a) Zaznacz bieguny pola magnetycznego powstającego wokół tej zwojnicy. b) Narysuj ustawienie igieł magnetycznych po wstawieniu ich do zaznaczonych obszarów. 11. Dzwonek elektryczny to urządzenie, w którym wykorzystuje się magnetyczne własności materii. Na rysunku przedstawiono schemat takiego dzwonka. o zamknięciu wyłącznika prąd elektryczny płynący przez uzwojenie elektromagnesu powoduje powstanie pola magnetycznego. ole magnetyczne przyciąga stalowy walec z przymocowanym młoteczkiem w stronę dzwonka i powoduje uderzenie młoteczka w jego klosz. rzesunięcie się walca w stronę elektromagnesu powoduje przerwanie przepływu prądu w obwodzie. ole magnetyczne zanika, walec nie jest przyciągany przez elektromagnes. Sprężyna powoduje ruch walca w przeciwną stronę. Obwód znów się zamyka. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub, jeśli jest fałszywe. A. Gdy zmieni się bieguny baterii zasilającej dzwonek, walec będzie odpychany od zwojnicy. B. erromagnetyczny rdzeń wewnątrz elektromagnesu powoduje zwiększenie siły, z jaką elektromagnes przyciąga stalowy walec. C. Rdzeń elektromagnesu musi być wykonany z dobrego przewodnika, aby mógł przez niego przepływać prąd elektryczny. 5

6 12. Dwie cząstki różniące się masą wpadają z jednakowymi prędkościami w obszar jednorodnego pola magnetycznego. Wartości ładunków obu cząstek są jednakowe, ale ich znaki są różne. Sytuację przedstawiono na rysunku. a) Dorysuj znaki ładunków obu cząstek. b) Która z cząstek ma większą masę? Odpowiedź uzasadnij. 13. Mamy dwie identyczne sztabki stali. Jedna z nich została namagnesowana i jest magnesem trwałym, a druga nie jest namagnesowana. Aby stwierdzić, która z nich jest magnesem, przeprowadzono doświadczenie. Ustawiono sztabki względem siebie na dwa sposoby przedstawione na poniższym rysunku. Który sposób umożliwia odróżnienie sztabki nienamagnesowanej od namagnesowanej? Odpowiedź uzasadnij. 6

7 14. Rysunek przedstawia uproszczony model budowy silnika prądu stałego, w którym wirnik składa się z jednego zwoju. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub, jeśli jest fałszywe. A. W przedstawionym modelu silnika magnesy można zastąpić elektromagnesem. B. Jeśli obserwator patrzy w kierunku wskazanym przez strzałkę, z jego perspektywy wirnik obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. C. Obrócenie prawego magnesu tak, że biegun S będzie z lewej strony, a N z prawej, nie wpłynie na działanie silnika. 15. Metalowy pręt o przekroju w kształcie kwadratu i ciężarze 0,4 N spoczywa na dwóch równoległych szynach, odległych od siebie o 0,3 m. Do końców szyn dołączone jest źródło napięcia o regulowanej wartości. Całość znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji 0,5 T, prostopadłym do szyn i pręta. Oblicz minimalne napięcie, przy którym pręt zacznie się poruszać, jeśli współczynnik tarcia pomiędzy prętem i szynami jest równy 0,6, a łączny opór szyn i części pręta pomiędzy nimi wynosi 2 W. 16. Zwojnicę o długości 10 cm podłączono do źródła napięcia stałego. Gdy przez jej uzwojenie przepływa prąd o natężeniu 2,4 A, w jej wnętrzu powstaje pole magnetyczne o indukcji 4,5 mt. rzenikalność magnetyczna próżni wynosi. Oblicz liczbę zwojów tej zwojnicy. 7

8 17. rostoliniowy przewodnik jest podłączony do źródła napięcia stałego. Na rysunku zaznaczono płaszczyznę, która jest prostopadła do przewodnika. Dysponujemy igłą magnetyczną, którą należy umieścić w obszarze zaznaczonym okręgiem. a) Naszkicuj kształt oraz zwrot linii pola magnetycznego powstającego wokół przewodnika z prądem. b) Narysuj ustawienie igły magnetycznej po wstawieniu jej do zaznaczonego obszaru. 18. Do dwóch zwojnic, przez których uzwojenia płynęły jednakowe prądy, włożono sztabki: stalową oraz aluminiową. o wyjęciu okazało się, że sztabka stalowa jest magnesem trwałym, a sztabka aluminiowa pozostała nienamagnesowana. Wyjaśnij wynik tego doświadczenia. 19. W jednorodnym polu magnetycznym o indukcji 0,2 T krąży proton. Jego prędkość ma wartość , masa wynosi 1, kg, a jego ładunek to 1, C. a) Na rysunku dorysuj wektor prędkości cząstki oraz wektor siły Lorentza. b) Oblicz promień okręgu, po którym porusza się proton. 8

9 20. Do wnętrza zwojnicy przedstawionej na rysunku wprowadzono paramagnetyk. aramagnetyk zajmował całe wnętrze zwojnicy. Zaznacz wszystkie poprawne dokończenia zdania. o wprowadzeniu paramagnetyku do wnętrza zwojnicy A. pole magnetyczne w punkcie M nieznacznie wzrosło. B. pole magnetyczne wytworzone w paramagnetyku było skierowane zgodnie z polem wytworzonym przez zwoje. C. pole magnetyczne w punkcie K nieznacznie zmalało. D. natężenie prądu płynącego przez uzwojenie zmalało. 21. W silnikach elektrycznych uzwojenie wirnika składa się z wielu zwojów nawiniętych na stalowy rdzeń. Zaznacz poprawne dokończenie zdania. Głównym zadaniem rdzenia jest A. umożliwienie równego nawinięcia zwojów wirnika. B. zmniejszenie nierównomierności obrotów wirnika. C. zwiększenie momentu siły powodującego obrót wirnika. D. zmniejszenie drgań wirnika podczas wirowania. 9

10 22. rzez przewodnik miedziany w kształcie prostokątnej ramki o wymiarach przedstawionych na rysunku płynie prąd o natężeniu 5 A. Ramka znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji 0,3 T (jej płaszczyzna jest równoległa do linii pola) i może obracać się wokół osi przechodzącej przez środek jej krótszych boków. Oblicz moment siły działający na ramkę oraz kierunek, w którym ramka zacznie się obracać (zgodnie z ruchem wskazówek zegara czy przeciwnie do niego). Załóż, że obserwator patrzy z perspektywy pokazanej na rysunku. 23. W odległości 10 cm od prostoliniowego przewodnika z prądem powstaje pole magnetyczne o indukcji 2 µt. rzenikalność magnetyczna próżni wynosi. a) Oblicz natężenie prądu płynącego w przewodniku. b) Oblicz wartość indukcji magnetycznej w odległości 14 cm od tego przewodnika. 24. W obszar jednorodnego pola magnetycznego o indukcji 0,1 T wpada elektron pod kątem 35. Wartość prędkości początkowej elektronu wynosi 4,5 10 6, jego masa jest równa 9, kg, a jego ładunek to 1, C. Oblicz skok linii śrubowej, po której poruszać się będzie elektron. 10

11 25. Jedną z cech charakteryzujących ferromagnetyki jest krzywa magnesowania. Jest to zależność między polem magnetycznym wytwarzanym przez ferromagnetyk (pod wpływem pola zewnętrznego wytwarzanego przez prąd) a zewnętrznym polem magnetycznym. Aby otrzymać tę zależność, wewnątrz zwojnicy, przez którą płynie prąd, umieszcza się rdzeń. Następnie mierzy się pole magnetyczne wytworzone przez prąd elektryczny oraz przez ferromagnetyk. Z wykresu wynika (punkty 2 oraz 5), że rdzeń jest namagnesowany, chociaż w zwojnicy nie płynie prąd elektryczny. Aby nastąpiło rozmagnesowanie, należy wytworzyć pole magnetyczne skierowane przeciwnie do pola w ferromagnetyku. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub, jeśli jest fałszywe. A. o wyjęciu ferromagnetyka ze zwojnicy pole magnetyczne wokół niego nie znika. B. Odcinek 0 6 na wykresie jest dla ferromagnetyków twardych dłuższy niż dla ferromagnetyków miękkich. C. Dla paramagnetyków odcinek 3 6 na wykresie jest dłuższy. 26. Dwa prostoliniowe przewodniki ustawiono równolegle względem siebie. rądy w przewodnikach płyną w przeciwne strony. Opisaną sytuację przedstawiono na rysunku. Natężenia prądów są równe odpowiednio 1,8 A oraz 2,4 A. rzenikalność magnetyczna próżni wynosi. a) Naszkicuj wektory indukcji magnetycznej pól pochodzących od obu przewodników w punkcie. b) Oblicz wypadkową indukcję magnetyczną w punkcie, pochodzącą od obu przewodników. 27. Wyjaśnij, jaką rolę w działaniu silnika elektrycznego pełnią szczotki wraz z komutatorem. 11

12 28. rzez prostokątną ramkę wykonaną z przewodnika płynie prąd o natężeniu I 1. W płaszczyźnie utworzonej przez ramkę znajduje się długi prostoliniowy przewodnik, w którym płynie prąd o natężeniu I 2. Wyprowadź zależność matematyczną opisującą siłę, jaką przewodnik działa na ramkę, oraz ustal, czy ramka będzie przyciągana czy odpychana przez przewodnik. 29. W obszar jednorodnego pola magnetycznego wpada mieszanina dwóch rodzajów jonów o ładunku 1e. Cząstki mają jednakową prędkość. Jony o mniejszej masie poruszają się po półokręgu o promieniu 2,4 m. Jony o większej masie docierają do detektora w odległości o 8 cm większej niż jony o mniejszej masie. Sytuację przedstawiono na rysunku. Oblicz stosunek mas obu jonów. 30. erromagnetyki można podzielić na twarde i miękkie. Na rysunku przedstawiono krzywe namagnesowania dla obu rodzajów. Z wykresów wynika, że ferromagnetyki miękkie łatwiej jest rozmagnesować. odaj, jaki rodzaj ferromagnetyka stosuje się do budowy elektromagnesów w dzwonkach elektrycznych. Uzasadnij wybór. 12