Сборник задач по физике Электрический ток Цепь постоянного тока Правила Кирхгофа Электромагнетизм Электромагнитная индукция Цепь переменного тока Основы электродинамики Пример вычисления индуктивности


Электромагнитная индукция

44.1. Плоская проволочная квадратная рамка со стороной a находится в однородном магнитном поле с индукцией B, направленном перпендикулярно ее плоскости. Рамку изгибают в прямоугольник с отношением сторон 1:2. Какой заряд при этом прошел по рамке, если ее сопротивление равно R. Задача 1. Материальная точка массой 10 г совершает гармоническое колебание с периодом Т=1 с. Определить амплитуду колебаний, максимальную скорость и ускорение колеблющейся точки, если полная энергия точки равна 0,02 Дж.

44.2. В однородном магнитном поле с индукцией B расположена замкнутая катушка диаметром d и числом витков N. Плоскость витков перпендикулярна направлению поля. Какой заряд пройдет по катушке, если ее повернуть на угол 180°? Проволока катушки имеет удельное сопротивление r и площадь сечения S.

44.3. Кольцо радиусом r изготовлено из однородной проволоки сопротивлением R. Кольцо помещено в однородное перпендикулярное его плоскости магнитное поле, индукция которого изменяется по закону: B = at. Определить разность потенциалов между точками A и B, а также между точками A и C (рис. 44.1). Будет ли течь ток по проволоке, если соединить ею точки A и C?

 

Рис. 44.1 Рис. 44.2 Рис. 44.3

44.4. Из куска однородной проволоки длиной l и сопротивлением R спаяна фи

гура в виде кольца с диаметром AB (рис. 44.2). Кольцо находится в перпендикулярном его плоскости магнитном поле, индукция которого изменяется по закону: B = at. Какая тепловая мощность выделяется в кольце?

44.5. Длины сторон квадратного проводящего витка увеличиваются со скоростью a/ = 2 см/с. Виток находится в однородном магнитном поле с индукцией B = 1 Тл, направленном перпендикулярно плоскости витка. При to = 0 сторона витка равна ao = 10 см. Найти ЭДС индукции в витке в момент t = 2 с.

44.6. Прямоугольник со сторонами a и b, сделанный из однородной проволоки, находится в однородном, перпендикулярном его плоскости магнитном поле с индукцией, изменяющейся по закону: B = at. Что покажет идеальный вольтметр, подключенный к точкам A и B как показано на рис. 44.3. Точки A и B отстоят от стороны a на расстояние c.

44.7. Сколько метров тонкого провода надо взять для изготовления соленоида длиной lo = 100 см с индуктивностью L = 1 мГн? Витки наматываются вплотную.

44.8. Из проволоки длиной l = 10 м и толщиной d = 0,1 мм намотали катушку диаметром D = 1 см. Определить индуктивность катушки, если витки лежат вплотную друг к другу.

44.9. Какое давление испытывает боковая поверхность прямого соленоида, содержащего n = 20 витков/см, когда по нему течет ток I = 20 А?

44.10. На длинный прямой соленоид диаметром d = 5 см, содержащий n = 20 витков/см, плотно надет круговой виток медного провода сечением S = 1 мм2. Ток в соленоиде увеличивается со скоростью I/ = 100 А/с. Найти ток в витке. Удельное сопротивление меди равно r = 16×10–9 Ом×м.

44.11. По соленоиду с индуктивностью L течет ток I. Какова энергия магнитного поля соленоида?

44.12. Конденсатор, заряженный до напряжения Uo = 100 В, замыкают на катушку с индуктивностью L = 1 мГн. Когда напряжение на конденсаторе уменьшилось вдвое, ток в катушке был равен I = 1 А. Найти емкость конденсатора.

44.13. По двум вертикальным параллельным проводящим стержням может без трения и нарушения электрического контакта скользить горизонтальная проводящая перемычка массой m. Стержни связаны через катушку с индуктивностью L (рис. 44.4). Система находится в горизонтальном, однородном, перпендикулярном ее плоскости магнитном поле с индукцией B. Расстояние между стержнями равно l. Перемычку отпускают без начальной скорости. На какую максимальную высоту опустится перемычка? Сопротивлением пренебречь.

 

Рис. 44.4 Рис. 44.5

44.14. Из двух кусков медной и свинцовой проволок, имеющих одинаковые длины, и сечения, но разные сопротивления R1 и R2, изготовлено кольцо радиусом r. Кольцо помещено в однородное, перпендикулярное его плоскости магнитное поле, индукция которого изменяется во времени с постоянной скоростью B/. Определить разность потенциалов между точками соединения проволок.

44.15. Длинный соленоид имеет радиус R и плотность витков n. По соленоиду течет ток, изменяющийся во времени с постоянной скоростью I/. Нарисовать график зависимости напряженности вихревого электрического поля от расстояния до оси соленоида.

44.16. По параллельным горизонтальным рельсам, расстояние между которыми l, без трения может скользить перемычка массой m. Рельсы соединены через сопротивление R и находятся в вертикальном однородном магнитном поле с индукцией B (рис. 44.5). Перемычке толчком сообщили скорость v вдоль рельсов. Какое расстояние она проедет до остановки? Сопротивлением рельсов пренебречь.

44.17. Кольцо из сверхпроводника находится вблизи постоянного магнита и пронизывается магнитным потоком Ф. Тока в кольце нет. Каким будет магнитный поток через кольцо, если магнит убрать?

44.18. В замкнутую накоротко катушку вдвигают магнит: сначала быстро, а затем медленно. В каком случае через катушку проходит больший заряд? В каком случае в катушке выделяется большее количество теплоты?

44.19. Сверхпроводящее кольцо радиусом R имеет индуктивность L и находится в однородном магнитном поле с индукцией B. Первоначально тока в кольце нет, а плоскость кольца параллельна вектору B. Кольцо поворачивают на 90° так, что его плоскость становится перпендикулярна B. Какой ток возникнет в кольце и какую работу совершили при повороте?

44.20. По длинному замкнутому сверхпроводящему соленоиду течет ток Io = 1,9 A. Соленоид растянули, увеличив его длину на 5 %. Каким станет ток в соленоиде?

44.21. В представленной схеме (рис. 44.6) известны: ЭДС источника E, сопротивление R, и индуктивности катушек L1 и L2. Внутренним сопротивлением источника можно пренебречь. Найти установившиеся токи в катушках после замыкания ключа.

   

Рис. 44.6 Рис. 44.7 Рис. 44.8 Рис. 44.9

44.22. В представленной схеме (рис. 44.7): E1 = 10 В; r1 = 5 Ом; r2 = 20 Ом; R = 4 Ом. Ключ сначала разомкнут. Какой ток течет через сопротивление R сразу после замыкания ключа?

44.23. Как будет падать постоянный магнит вдоль оси длинной вертикальной железной трубы? Сопротивление воздуха не учитывать.

44.24. Как зависит сила тока в катушке от времени после замыкания ключа (рис. 44.8)? Источник и катушка идеальны.

44.25. Как должно зависеть напряжение в цепи, представленной на рис. 44.9, от R времени, чтобы сила тока линейно возрастала по закону: I(t) = a×t? Индуктивность катушки равна L, сопротивление резистора – R, сопротивлением источника и катушки пренебречь.

44.26. Замкнутый виток перекрещен в виде двух круговых витков как показано на рис. 44.10 a) и б). Радиусы витков равны R и r, магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости колец и изменяется во времени по закону: B(t) = Bot. Определить разность потенциалов между точками M и N. Точки M и N электрически изолированы.

 

Рис. 44.10 Рис. 44.11

44.27. Какой заряд пройдет через сопротивление R после замыкания ключа (рис. 44.11)? Указанные на рисунке величины даны.

44.28. По участку АВ (рис. 44.12) течет ток, изменяющийся по закону: I(t) = a×t, где a = 0,01 А/с; R = 0,01 Ом; L = 0,01 Гн; C = 0,1 мкФ. Найти заряд конденсатора в момент времени t = 1 с.

44.29. Две катушки, имеющие индуктивности L1 и L2, соединяют: а) последовательно; б) параллельно. Какова общая индуктивность системы? Взаимной индукцией катушек пренебречь.

44.30. На общий ферромагнитный сердечник намотаны две катушки. Индуктивность первой катушки равна L1, а второй – L2. Каков коэффициент взаимной индукции этих катушек?

  

Рис. 44.12 Рис. 44.13 Рис. 44.14

44.31. Две параллельные проводящие рейки расположены в горизонтальной плоскости на расстоянии l друг от друга. По ним без трения может двигаться проводящая перемычка массой m. Рейки соединены друг с другом через катушку с индуктивностью L (рис. 44.13). Система находится в вертикальном однородном магнитном поле с индукцией B. Перемычке толчком сообщили скорость v, направленную вдоль реек. Каким будет дальнейшее движение перемычки?

44.32. Цепь, состоящая из двух конденсаторов емкостью C1 и C2 и катушки с индуктивностью L, вначале разомкнута (рис. 44.14). Конденсатор C1 заряжен до напряжения U, а конденсатор C2 не заряжен. Найти максимальную силу тока в цепи после замыкания ключа.

44.33. В схеме, представленной на рис. 44.15, ключи K1 и К2 сначала разомкнуты. Ключ K1 замыкают и после установления постоянного тока замыкают ключ К2. Какой заряд пройдет через резистор после замыкания ключа К2? Величины: E, r, R, L1 и L2 известны.

44.34. Через катушку, замкнутую на источник, течет постоянный ток (рис. 44.16). Как будет изменяться сила тока, если катушку быстро вытянуть в прямой провод?

44.35. Сила тока в соленоиде изменяется, как показано на рис. 44.17. На соленоид надет замкнутый проволочный виток. Нарисовать график зависимости силы тока в витке от времени.

44.36. Сила тока в соленоиде изменяется, как показано на рис. 44.18. На соленоид надет замкнутый проволочный виток. Нарисовать примерный график зависимости силы тока в витке от времени.

44.37. Заряд Q равномерно распределен по тонкому диэлектрическому кольцу, которое лежит на гладкой горизонтальной поверхности. Индукция однородного магнитного поля, перпендикулярная плоскости кольца, изменяется от 0 до B. Какую угловую скорость приобретет кольцо? Масса кольца равна m.

   

Рис. 44.15 Рис. 44.16 Рис. 44.17 Рис. 44.18

44.38. Катушка состоит из 10 витков тонкого провода, намотанных вплотную друг к другу. Толщина катушки значительно меньше диаметра витков. Во сколько раз изменится индуктивность катушки, если добавить к ней еще один виток?

44.39. Через катушку с индуктивностью 2L от внешнего источника течет ток Io (рис. 44.19). Ключ K2 замыкают, а затем ключ K1 размыкают. Какими будут максимальное напряжение конденсатора и максимальный ток в катушке L после этого?

Рис. 44.19


Ответы:

44.1.

44.2.

44.3. Ноль. Будет

44.4.

44.5.

44.6.

44.7.  м

44.8.  Гн

44.9.  Па

44.10.

44.11.

44.12.  A

44.13.

44.14.

44.15. См. рис.

44.16.

44.17. Ф

44.18. Заряд одинаковый, а количество теплоты в первом случае больше.

44.19.

44.20.

44.21.

44.22.

44.23. Как в вязкой жидкости

44.24.

44.25.

44.26. а) ; б)

44.27.

44.28.  Кл

44.29. а) ; б)

44.30.

44.31. ;

44.32.

44.33.

44.34. Ток сначала резко возрастет, а затем постепенно вернется к начальной величине.

44.35. См. рис.

44.36. См. рис.

44.37.

44.38.

44.39.

Электромагнитные волны. Волновая оптика В колебательном контуре происходят свободные колебания. Зная, что максимальный заряд конденсатора равен 10–6 Кл, а максимальная сила тока в контуре равна 10 А, найти длину волны, на которую настроен контур.

Для цепи постоянного тока определить токи, напряжения и мощности на всех участках схемы


Задачи для самостоятельного решения по физике