Задача 4.
Ученик, используя некоторое оборудование, повторил опыт Фарадея по изучению электромагнитной индукции.
По итогам опыта он сделал рисунок 1 и рисунок 2. В опыте через первую катушку протекал электрический ток (график зависимости силы тока от времени представлен на рис. 2).
Рис. 1
Рис. 2.
Изучите рисунки. ответьте на во письменно:
А) У ученика в распоряжении были приборы: две одинаковые катушки, железный сердечник, выключатель, реостат, источник постоянного тока, соединительные провода, секундомер, два миллиамперметра, вольтметр, лампочка на подставке, линейка, штатив.
Какие из этих приборов не понадобились ученику?
Б) По результатам опыта ученик составил вывод: «В течение интервала времени от40 до 80с ив течение интервала времени от 10 до 120 с в катушке 2 протекает индукционный ток. Отклонение стрелки миллиамперметра было наибольшим в интервале времени от 0 до 40 с.»
Верный ли вывод сделал ученик? ответ поясните на основании законов физики.
n₂ = 5 с⁻¹
n₃ = 7 c⁻¹
N = 14
β - ?
Δt₁ - ?
Δt₂ - ?
N = 14 => φ = 2*π * 14 = 28*π рад
уравнение равноускоренного движения по окружности
φ = φ₀ + ω₀*Δt + β*Δt²/2
φ₀ = 0
ω₀ = 2*π*n₁ = 2*π*2 с⁻¹ = 4*π рад/с
ω₁ = 2*π*n₂ = 2*π*5 с⁻¹ = 10*π рад/с
β = Δω / Δt = (ω₁ - ω₀) / Δt = (10*π рад/с - 4*π рад/с) / Δt = 6*π рад/с / Δt
28*π = 4*π*Δt₁ + 6*π*Δt₁² / (2*Δt₁)
28*π = 4*π*Δt₁ + 3*π*Δt₁
7*π*Δt₁ = 28*π
Δt₁ = 4 с - время за которое частота возросла от 2 с⁻¹ до 5 с⁻¹
β = 6*π рад/с / 4 с = 1,5*π рад/с² - угловое ускорение
ω₂ = 2*π*n₃ = 2*π*7 с⁻¹ = 14*π рад/с
β = (ω₂ - ω₁) / Δt₂ => Δt₂ = (ω₂ - ω₁) / β
Δt₂ = (14*π рад/с - 10*π рад/с) / 1,5*π рад/с² = 4*π рад/с / 1,5*π рад/с² ≈ 2,7 с - время за которое частота возросла от 5 с⁻¹ до 7 с⁻¹