Физика и астрономия · 11 клас · урок 4 от 7

Магнитно поле

Магнитното поле се създава от движещи се заряди, т.е. от токове и постоянни магнити. Описва се с вектора на магнитната индукция B. На проводник с ток в магнитно поле действа сила на Ампер, а на движеща се заредена частица действа сила на Лоренц. Ако частицата влита перпендикулярно на еднородно поле, тя се движи по окръжност; на това се основават масспектрометрите и ускорителите.

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • Магнитна индукция B, единица тесла (T).
  • Сила на Ампер: F = BIl·sin α; посоката се определя по правилото на лявата ръка.
  • Сила на Лоренц: F = qvB·sin α.
  • Магнитен поток: Φ = BS·cos α, единица вебер (Wb).
  • Линиите около прав проводник с ток са концентрични окръжности (правило на десния винт).

Пример

Проводник с дължина 0,5 m и ток 4 A е перпендикулярен на поле 0,1 T. Силата на Ампер е F = 0,1·4·0,5 = 0,2 N.

Проверете се: 15 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Кое правило определя посоката на силата на Ампер, действаща на проводник с ток в магнитно поле?
    • Правилото на лявата ръка
    • Правилото на десния винт
    • Правилото на Ленц
    • Правилото на Кирхоф

    Отговор: Правилото на лявата ръка

    Линиите влизат в дланта, четирите пръста сочат тока, а палецът показва силата.

  2. Заредена частица влита перпендикулярно на линиите на еднородно магнитно поле. Как се движи тя?
    • Равноускорено праволинейно
    • Равномерно по окръжност
    • Равномерно праволинейно
    • По парабола

    Отговор: Равномерно по окръжност

    Силата на Лоренц е перпендикулярна на скоростта и играе ролята на центростремителна сила.

  3. Рамка с площ 50 cm2 е перпендикулярна на линиите на поле с индукция 0,2 T. Какъв е магнитният поток през нея?
    • 10 Wb
    • 1·10−2 Wb
    • 1·10−3 Wb
    • 0,1 Wb

    Отговор: 1·10−3 Wb

    Φ = BS = 0,2·50·10−4 = 1·10−3 Wb.

  4. Частица със заряд 1,6·10−19 C влита със скорост 106 m/s перпендикулярно на поле с B = 0,5 T. Каква сила на Лоренц действа на нея?
    • 3,2·10−13 N
    • 8·10−20 N
    • 1,6·10−13 N
    • 8·10−14 N

    Отговор: 8·10−14 N

    F = qvB = 1,6·10−19·106·0,5 = 8·10−14 N.

  5. Каква е единицата за магнитна индукция в SI?
    • Вебер (Wb)
    • Хенри (H)
    • Тесла (T)
    • Фарад (F)

    Отговор: Тесла (T)

    Магнитната индукция B се измерва в тесли; веберът е единица за магнитен поток.

  6. Какво създава магнитно поле?
    • Неподвижните заряди
    • Само гравитацията
    • Неутралните атоми
    • Движещите се заряди

    Отговор: Движещите се заряди

    Магнитното поле се създава от токове, т.е. от движещи се заряди, и от постоянни магнити.

  7. Как се наричат полюсите на постоянния магнит?
    • Северен и южен
    • Положителен и отрицателен
    • Анод и катод
    • Горен и долен

    Отговор: Северен и южен

    Всеки магнит има северен (N) и южен (S) полюс.

  8. Каква форма имат линиите на магнитното поле около прав проводник с ток?
    • Радиални прави
    • Концентрични окръжности
    • Успоредни прави
    • Отворени спирали

    Отговор: Концентрични окръжности

    Линиите са окръжности с център проводника; посоката им се дава от правилото на десния винт.

  9. Каква сила на Ампер действа на проводник с дължина 0,2 m и ток 5 A, перпендикулярен на поле 0,4 T?
    • 4 N
    • 0,04 N
    • 0,4 N
    • 0,1 N

    Отговор: 0,4 N

    F = BIl = 0,4·5·0,2 = 0,4 N.

  10. Каква е силата на Ампер, ако проводникът с ток е успореден на линиите на магнитното поле?
    • Максимална
    • Равна на BIl
    • Равна на BI/l
    • Нула

    Отговор: Нула

    При α = 0° е sin α = 0, затова силата е нула.

  11. Каква работа извършва силата на Лоренц върху движеща се заредена частица?
    • Не извършва работа
    • Положителна работа
    • Отрицателна работа
    • Работа, равна на qvB

    Отговор: Не извършва работа

    Силата на Лоренц е перпендикулярна на скоростта, затова не променя кинетичната енергия.

  12. Под какъв ъгъл спрямо линиите на полето трябва да се движи заредена частица, за да е силата на Лоренц максимална?
    • 0°
    • 90°
    • 45°
    • 180°

    Отговор: 90°

    F = qvB·sin α е максимална при sin α = 1, т.е. при α = 90°.

  13. Проводник с дължина 0,1 m и маса 10 g е хоризонтален в хоризонтално поле 0,5 T, перпендикулярно на него. Какъв ток трябва да тече, за да се уравновеси силата на тежестта? (g = 10 m/s2)
    • 0,2 A
    • 20 A
    • 2 A
    • 0,5 A

    Отговор: 2 A

    BIl = mg, I = 0,1/(0,5·0,1) = 2 A.

  14. Протон влита перпендикулярно в поле 0,1 T със скорост 106 m/s. Какъв е радиусът на траекторията му? (m = 1,67·10−27 kg, q = 1,6·10−19 C)
    • ≈ 1 cm
    • ≈ 1 m
    • ≈ 1 mm
    • ≈ 10 cm

    Отговор: ≈ 10 cm

    r = mv/(qB) = 1,67·10−21/(1,6·10−20) ≈ 0,1 m.

  15. Рамка с площ 0,04 m2 е в поле 0,5 T, а нормалата ѝ сключва ъгъл 60° с линиите на полето. Какъв е магнитният поток?
    • 0,01 Wb
    • 0,02 Wb
    • ≈ 0,017 Wb
    • 0,005 Wb

    Отговор: 0,01 Wb

    Φ = BS·cos α = 0,5·0,04·0,5 = 0,01 Wb.