Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика»




Скачать 481.52 Kb.
НазваниеМетодические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика»
страница3/4
Дата публикации03.03.2013
Размер481.52 Kb.
ТипМетодические указания
uchebilka.ru > Физика > Методические указания
1   2   3   4
Тема для самостоятельного изучения № 4

«Парамагнитные, диамагнитные, ферромагнитные вещества.

Кривая начального намагничивания ферромагнетиков»
1. Цель

1.1. Углубить представления о магнитных свойствах вещества. Ознакомиться с основными отличиями ферромагнетиков от других веществ.

1.2. Освоить решение задач по определению магнитной проницаемости среды.
2. Вопросы для изучения
2.1. Ознакомиться с понятием магнитной проницаемости вещества.

2.2. Изучить свойства диамагнетиков и парамагнетиков, сравнить их. Уяснить по- нятие «интенсивность намагничивания вещества».

2.3. Ферромагнетизм.

2.3.1. Изучить свойства ферромагнетиков.

2.3.2. Экспериментальное изучение ферромагнетиков, зависимость интенсивности

намагничивания железа от напряженности магнитного поля.

2.3.3. Выяснить сущность явления магнитного насыщения.

2.3.3. Выяснить сущность явления остаточной намагниченности в ферромагнети –

ках.

2.3.4. Явление гистерезиса в ферромагнетиках. Пояснить график зависимости ин –

тенсивности намагничивания железа от напряженности магнитного поля.

2.3.5. Понятие о природе ферромагнетизма.

2.4. Решение решения задач по определению магнитной проницаемости среды.
^ 3. Требования к знаниям и умениям студентов

3.1. Изучив тему, студент должен знать:

3.1.1. Физический смысл понятия «магнитная проницаемость вещества».

3.1.2. Иметь представление о различиях в магнитных свойствах сред, о влиянии магнитного поля на движении электронов в атомах и зависимости магнитных свойств веществ от орбитальных магнитных моментов атомов. Знать понятие «интенсивность намагничивания вещества».

3.1.3. Магнитные свойства диамагнетиков и парамагнетиков.

3.1.4. Свойства ферромагнетиков и причины их существования. Зависимость интен-

сивности намагничивания от напряженности намагничивающего поля.

3.1.5. Иметь представление о природе ферромагнетизма.
3.2 Студент должен уметь:

3.2.1. Пояснять физическую природу парамагнетиков, диамагнетиков и ферромаг –

нетиков.

3.2.2. Определять магнитную проницаемость веществ.

3.2.3. Использовать график зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного для определения магнитной проницаемости ферромагнетиков.
^ 4. Вопросы для самоконтроля
4.1. Как действует внешнее магнитное поле на орбитальный магнитный момент электрона в атоме?

4.2. Какие вещества называются диамагнетиками? Что происходит с диамагнети –

ком при его внесении в магнитное поле?

4.3. Какие вещества называются парамагнетиками? Что происходит с парамагне –

тиком при его внесении в магнитное поле?

4.4. Что называется вектором намагниченности и как он связан с индукцией маг –

нитного поля?

4.5. Чем различаются магнитные свойства диа- и парамагнетиков?

4.6. Как связаны между собой векторы магнитной индукции, напряженности маг –

нитного поля, намагниченности?

4.7. Каково соотношение между относительной магнитной проницаемостью и магнитной восприимчивостью диа- и парамагнетиков?

4.8. Чему равна циркуляция вдоль замкнутого контура: а) вектора напряженности магнитного поля; б) вектора намагниченности; в) вектора магнитной индукции?

4.9. Изложите метод исследования ферромагнетиков, предложенный А. Г. Столе –

товым. Каковы результаты его опытов?

4.10. Каковы особенности магнитных свойств ферромагнетиков?


^ 5. Примеры решения задач

Задача 1.

Определить силу тока в обмотке тороида. Тороид с железным ненамагниченным сердечником, длина которого по средней линии l1 = 1,00 м, имеет воздушный зазор l2= 3,0 мм (рис. 1). По обмотке тороида, содержащей N = 1300 витков, пустили ток, в результате чего индукция в зазоре стала В2 = 1,00 Т.
Рис.1

I =?

—————

l1 = 1,00 м; l2= 3,0 мм = 3,0 • 10-3 м;

N = 1300 витков;

В2 = 1,00 Т.

Решение. Поскольку в задаче идет речь о магнитной цепи, применим теорему о циркуляции вектора Н, выбрав в качестве контура интегрирования среднюю линию тороида L. Так как воздушный зазор в тороиде узкий, то рассеянием линий индукции можно пренебречь. Следовательно, линии индукции будут проходить так же, как и в сплошном торе. Поэтому через любое поперечное сечение нашего тороида, в том чис- ле и через сечение, взятое в воздушном зазоре, проходит один и тот же магнитный по-

ток Ф. А так как и площадь любого сечения S одна и та же, то одинаковы и магнитные индукции в любой точке контура L:

Задача 2.

После выключения тока в обмотке тороида из предыдущей задачи остаточная индукция в зазоре стала В = 4,2 мТ. Определить остаточную намагниченность J сердечника, а также напряженность Н1 поля в железе.
J = ? Н1 = ?

———————————————

l1 = 1,00 м; l2= 3,0 мм = 3,0 • 10-3 м;

N = 1300 витков;

В2 = 1,00 Т;

В = 4,2 мТ = 4,2 • 10-3 Т.



^ 6. Темы рефератов
6.1. Опытное подтверждение доменной структуры ферромагнетиков.

6.2. Использование ферромагнетиков в технике.
7. Форма отчета
7.1. Конспект изученного материала по вопросам для изучения.
8. Формы контроля
8.1. Проверка конспекта.

8.3. Экспресс-опрос.

9. Литература
9.1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Учебник для средних специальных учебных заве –

дений. К. Вища школа, 1983.

9.2. Сборник задач по физике (для средних специальных учебных заведений). Под редакцией Гладковой. М., Наука, 1984.

9.3. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Курс физики. Том 2. Учебник для студентов высших учебных заведений. М., «Высшая школа», 1977.

9.4. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2. М., «Наука», Главная редакция Физико-математической литературы, 1987.

9.5. Попов В. С. Теоретическая электротехника. Учебник для студентов средних специальных учебных заведений. М., Энергия. 1978.

9.6. Попов В. С. Электрические измерения. Учебник для средних специальных учебных заведений. М. Энергия. 1985.

9.7. Иродов И. Е. Задачи по общей физике.Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. М., «Наука». 1988.

Тема для самостоятельного изучения № 5

«Закон Фарадея. Закон Ленца.

Явление самоиндукции. Вихревые токи»
1. Цель

1.1. Углубить представление о явлении электромагнитной индукцию Уяснить фи -зическую сущность закона Фарадея и закона Ленца как следствий из закона сохране- ния энергии.

1.2. Изучить природу вихревых токов – индукционных токов в массивных провод- никах, условия их возникновения, их свойства.

1.3. Изучить явление самоиндукции. .вывести закон изменения тока в цепи при ее замыкании и размыкании.

1.4. Научится определять ЭДС индукции, используя законы электромагнитной ин- дукции, токи в цепи при размыкании и замыкании.
^ 2. Вопросы для изучения

2.1. Изучить опыты М. Фарадея по наблюдению явления электромагнитной индук- ции. Пояснить результаты опытов: в замкнутом контуре, находящемся в переменном магнитном поле, появляется так называемое индуктированное электрическое поле.

2.2. Рассмотреть понятие «электродвижущая сила электромагнитной индукции».

Сформулировать закон Фарадея для электромагнитной индукции.

2.3. Связь между направлением индукционного тока и характером вызвавшего его изменения магнитного потока. Закон Ленца.

2.4. Покажите, что основной закон электромагнитной индукции является следстви- ем закона сохранения энергии.

2.5. Объясните с помощью силы Лоренца возникновение индукционного тока в проводниках, движущихся в магнитном поле.

2.6. Объясните возникновение электромагнитной индукции в неподвижных провод- никах. Рассмотрите понятие «вихревое электрическое поле.

2.7. Рассмотрите условия возникновения индукционных токов в массивных провод- никах – вихревых токов. Изучите их свойства, способы ослабления их вредного влия- ния на работу электрических устройств.

2.8. Изучить понятие индуктивности контура и уяснить физический смысл этого понятия.

2.9. Изучить явление самоиндукции и зависимость ЭДС самоиндукции от силы то- ка в контуре, находящемся в среде с малой магнитной проницаемостью.

2.10. Изучить зависимость ЭДС самоиндукции от силы тока в контуре, находящем- ся в ферромагнитной среде.

2.11. Закон изменения тока в цепи при ее замыкании и размыкании.

^ 3. Требования к знаниям и умениям студентов

3.1. Изучив тему, студент должен знать:

3.1.1. Содержание опытов М. Фарадея по наблюдению явления электромагнитной индукции.

3.1.2. Физический смысл понятий: электродвижущая сила индукции, индукцион –

ный ток.

3.1.3. Закон М. Фарадея для электромагнитной индукции.

3.1.4. Закон Э. Х. Ленца для электромагнитной индукции.

3.1.5. Формулировку основного закона электромагнитной индукции.

3.1.6. Понятие о вихревом электрическом поле.

3.1.7. Понятие об индукционном токе в массивном проводнике – вихревом токе.

3.1.8. Явление самоиндукции.

3.1.9. Понятие индуктивности контура.

3.1.10. Иметь представлении о магнитном потоке самоиндукции, создаваемом собственным током в контуре.

3.1.11. Закон изменения тока в цепи при ее замыкании и размыкании.
3.2. Студент должен уметь:

3.2.1. Формулировать законы электромагнитной индукции.

3.2.2. Показать, что основной закон электромагнитной индукции является след –

ствием закона сохранения энергии.

3.2.3. Показать, что в плоском витке, равномерно вращающемся в однородном магнитном поле, возбуждается э. д. с. индукции, изменяющаяся во времени по гармоническому закону.

3.2.4. Определять поток магнитной индукции, пронизывающий контур или катуш- ку. Рассчитывать ЭДС индукции, возникающую в контуре при изменении магнитного потока. Определять магнитную индукцию и параметры контура, используя законы электромагнитной индукции.

3.2.5. Определять направление ЭДС индукции и индукционного тока с помощью закона Ленца.

3.2.6. Определять индуктивность контура, соленоида.

3.2.7. Определять ЭДС самоиндукции, силу тока в простых цепях, содержащих индуктивность, при их размыкании и замыкании.
^ 4. Вопросы для самоконтроля

4.1. В чем состоит явление электромагнитной индукции? Опишите опыты Фарадея.

4.2. Сформулируйте законы Фарадея и Ленца для электромагнитной индукции. Проиллюстрируйте нх примерами.

4.3. Покажите, что основной закон электромагнитной индукции является следсиви-

ем закона сохранения энергии.

4.4. Как доказать, что электрическое поле, возбуждаемое переменным магнитным полем, является вихревым?

4.5. Найдите выражения для э.д.с. индукции и индукционного тока в плоском вит –

ке, равномерно вращающемся в однородном магнитном поле.

4.6. Что представляют собой вихревые токи? Какие практические применения

они находят? Каковы способы борьбы с ними?

4.7. В чем состоят явления самоиндукции и взаимной индукции? Напишите выра –

жения для э.д.с. индукции в обоих случаях.

4.8. Что называется индуктивностью проводящего контура и взаимной индуктив –

ностью двух контуров? От чего они зависят и каков их физический смысл?
^ 5. Примеры решения задач
Задача 1.

В однородном магнитном поле с индукцией 10,0- 10-2 Тл расположена прямоуголь-

ная рамка abсd, подвижная сторона которой ad длиной l = 0,100 м перемещается со скоростью v = 25 м/с перпендикулярно линиям индукции поля (рис. 1). Определить э. д. с. индукции, возникающую в контуре
+ b+ + +a + + +

+ + + + + v + +
+ + + l + + + +

c d

+ + x + + + + +
Рис. 1

Eинд.= ?

———————

В = 10,0- 10-2 Тл;

l = 0,100 м;

v = 25 м/с.

Решение. Задачу можно решить двумя способами: применив закон Фарадея для электромагнитной индукции или рассматривая силы, действующие на свободные электроны в движущейся проволоке (силы Лоренца).

1. При движении проводника ad площадь рамки увеличивается, магнитный поток Ф сквозь рамку возрастает, а значит, согласно закону Фарадея, в рамке должна при этом действовать э. д. с. индукции. Чтобы ее найти, сначала выразим магнитный поток Ф через индукцию поля В и стороны рамки l, х. Согласно формуле



имеем

Ф = BS = Blx.

Подставив это значение Ф в формулу



Eинд.= – ––––

dt

и учитывая, что В, l — величины постоянные, запишем:

dФ dx

Eинд.= – –––– = – Bl –––

dt dt
где (dx/dt) = v — скорость перемещения проводника ad. Поэтому

Eинд = – Bl v (1)

Сделав подстановку числовых значений величин В, l, v (все

даны в единицах СИ), получим ответ:

Eинд = – 2,5 • 10-3 В = – 25 мВ.

Знак « — » в формуле показывает, что э. д. с. индукции действует в контуре abed и таком направлении, при котором связанная с ним правилом правого винта нормаль к контуру противоположна вектору В (т. е. направлена к наблюдателю на рис. 1). Отсюда заключаем, что э. д. с. индукции, а значит, и индукционный ток направлены в контуре abсd против часовой стрелки. К такому же результату придем, применив пра- вило правой руки для проводника ad. Заметим, что если бы проводник ad двигался влево, то положительному приращению времени соответствовало бы отрицательное

приращение (убыль) величины х. Следовательно, знак dx/dt, а значит, и знак

Eинд , изменились бы. В этом случае индукционный ток направлен по часовой стрелке.

2. Согласно определению, э. д. с. равна

E = А/q = (1/q)(Fст.• dl), (2)

L

где q — величина заряда.

При движении в магнитном поле проводника ad вместе с ним движутся со ско –

ростью v его свободные заряды (электроны). Поэтому на каждый из них действует сила Лоренца, выполняющая роль сторонней силы Fст., входящей в формулу (2).

Поскольку vB, то сила Лоренца равна

F = qvB.

Так как она действует только вдоль участка ad длиной l, интеграл, стоящий в (2), ра-

вен

(Fст.• dl) = F l = qvBl

L

Подставив это значение интеграла в формулу (2), получим

E = Blv, (3)

что совпадает (по абсолютному значению) с формулой (1). Чтобы найти направление тока, учтем, что оно всегда определяется направлением движения положительных за- рядов в цепи. Сила Лоренца, действующая на положительный заряд в проводнике ad,

направлена от d к а. Таким образом, снова получаем: ток в рамке abсd направлен про- тив часовой стрелки (конечно, на самом деле электроны в контуре движутся по часо-

вой стрелке).

Замечание. При решении задачи в обоих случаях допущена неточность: не прини -малось в расчет магнитное поле, созданное индукционным током. Эго поле образует некоторый поток Ф' сквозь рамку. При движении проводника ad поток Ф' изменяется, что приводит к появлению дополнительной э. д. с. Очевидно, этот эффект тем слабее,

чем меньше сила тока. Поскольку она обратно пропорциональна сопротивлению цепи, можно сказать, что оба рассмотренных метода дают правильный ответ при условии достаточно большого сопротивления цепи.

Задача 2.

По длинному соленоиду с немагнитным сердечником сечением S = 5,0 см2, содер –

жащему N=1200 витков, течет ток силой I=2,00 А. Индукция магнитного поля в цент – тре соленоида В = 10,0 мТл. Определить его индуктивность L.
L = ?



S = 5,0 см2;

I=2,00 А;

N=1200 витков;

В = 10,0 мТл.
Решение. Задача решается двумя способами.

1. Индуктивность длинного соленоида выражается формулой



Неизвестную величину l найдем, воспользовавшись формулой для магнитной индукции внутри длинного соленоида



откуда



Задача 3.

Определить силу тока в резисторе R2 (схема на рисунке 2) в трех случаях: 1) до раз- мыкания цепи, 2) в первый момент после размыкания, 3) через 0,01 с после размыка –

ния. В цепи, схема которой изображена на рис. 2, R1 = 5,0 Ом, R2 = 95 Ом, L = 0,34 Гн, E=38 В. Внутреннее сопротивление батареи пренебрежимо мало.



I2 = ? I2= ? I2’’= ?

———————————

R1 = 5,0 Ом;

R2 = 95 Ом;

L = 0,34 Гн; Рис. 2

E=38 В.

Решение. 1. Силу постоянного тока I2 до размыкания цепи находим по второму правилу Кирхгофа:

^ 6. Темы рефератов

6.1. Открытие и экспериментальное изучение явления электромагнитной индук –

ции. Значение явления в науке и технике.

6.2. Явления самоиндукции и взаимоиндукции в преобразовании электроэнергии.
^ 7. Форма отчета
7.1. Конспект изученного материала по вопросам для изучения.

7.2. Письменная работа по решению задач по индивидуальным заданиям.
8. Формы контроля
8.1. Проверка конспекта.

8.2. Проверка письменной работы по решению задач.


9. Литература
9.1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Учебник для средних специальных учебных заведений. К. Вища школа, 1983.

9.2. Сборник задач по физике (для средних специальных учебных заведений). Под редакцией Гладковой. М., Наука, 1984.

9.3. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Курс физики. Том 2. Учебник для студентов высших учебных заведений. М., «Высшая школа», 1977.

9.4. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2. М., «Наука», Главная редакция Физико-математической литературы, 1987.

9.5. Попов В. С. Теоретическая электротехника. Учебник для студентов средних специальных учебных заведений. М., Энергия. 1978.

9.6. Попов В. С. Электрические измерения. Учебник для средних специальных учебных заведений. М. Энергия. 1985.

9.7. Иродов И. Е. Задачи по общей физике.Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. М., «Наука». 1988.


1   2   3   4

Похожие:

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconН. В. Гринева Методические указания к практическим занятиям, расчетно-графическим...
Методические указания к практическим занятиям, расчетно-графическим работам и самостоятельной работе по дисциплине Инженерная

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Физика” для студентов всех специальностей (Разделы: “Механика”,...

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconФилософия методические указания к самостоятельной работе
Философия : методические указания к самостоятельной работе для студентов всех специальностей заочной формы обучения / сост. : А....

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconПолитология методические указания к самостоятельной работе
Политология : Методические указания к самостоятельной работе для студентов всех специальностей заочной формы обучения / сост.: А....

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconМетодические указания для самостоятельной подготовки к написанию...
Методические указания предназначены для самостоятельной подготовки студентов заочной формы обучения механических специальностей к...

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconМетодические указания по выполнению самостоятельной работы по дисциплине «контроль и ревизия»
Методические указания для выполнения самостоятельной работы по дисциплине «Контроль и ревизия» для студентов 3 курса дневной формы...

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconМетодические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине
«Положенням про організаціюнавчальногопроцесу у вищихнавчальних закладах України, затвердженим наказом МіністерстваосвітиУкраїнивід...

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconМетодические указания для самостоятельной подготовки студентов заочной...
Методические указания предназначены для самостоятельной подготовки студентов заочной формы обучения технических специальностей к...

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине...
Ы: “Колебания и волны”, “Волновая оптика”, “Квантовая оптика”, “Физика твердого тела”

Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине «Физика» iconМетодические указания для выполнения самостоятельной работы по дисциплине...
Методические указания рассмотрены на заседании цикловой комиссии электротехнических дисциплин

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<