27. Полная система уравнений Максвелла для электромагнитного поля имеет вид:
|
|
|
B |
|
Edl |
|
|
dS; |
|
|
||||
L |
|
S t |
|
|
Hdl
L
|
|
D |
|
|
|
|
|
j |
|
dS; |
DdS dV; |
BdS 0. |
|||
|
|||||||
|
|
|
|
|
S |
V |
S |
S |
|
t |
|
||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ледующая система уравнений: |
|
|
|
|
||||||||
|
|
B |
|
|
|
|
|
D |
|
|
||
Edl |
|
|
|
dS; |
|
Hdl |
|
j |
|
dS; |
DdS 0; |
BdS 0 |
L |
S t |
|
|
L |
|
|
|
|
S |
S |
||
|
|
S |
|
t |
||||||||
справедл ва для переменного электромагнитного поля … |
||||||||||||
при |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Варианты ответа: |
|
||||
а) в отсутств е заряженных тел; |
|
|
|
|
||||||||
б) в отсутств е токов проводимости; |
|
|
||||||||||
в) |
|
|
бА |
|
||||||||
нал ч |
заряженных тел и токов проводимости; |
|
||||||||||
г) в отсутств е заряженных тел и токов проводимости. |
|
|||||||||||
28. Ионы, |
|
меющ е одинаковые удельные заряды, влетают в |
||||||||||
однородное магнитное поле. Их траектории |
|
|||||||||||
приведены на рисунке. Наименьшую скорость имеет |
|
|||||||||||
ион, движущийся по траектории … |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
Варианты ответа: |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
а) 1; |
б) 2; |
|
Д |
||||
|
|
|
|
|
|
в) 3. |
|
|
||||
29. За время ∆t=0,5 c на концах катушки наводится ЭДС
самоиндукции s=25 В. Если при этом сила тока в цепи изменилась |
||||
от I1=10 A до I2=5 A, то индуктивность катушки равна … |
||||
|
Варианты ответа: |
И |
||
|
|
|
||
а) 25 Гн; |
б) 0,25 Гн; |
в) 2,5 Гн; |
г) 0,025 Гн. |
|
30. Уравнение Максвелла, описывающее отсутствие в природе |
||||
магнитных зарядов, имеет вид … |
|
|
|
|
|
Варианты ответа: |
|
|
|
а) Edl 0; |
б) EdS 0; |
в) Bdl 0; |
г) BdS 0. |
|
L |
S |
L |
|
S |
81
31. Ионы, |
имеющие одинаковые скорости, но разные удельные |
|||||||||||||||
|
|
заряды, влетают в однородное магнитное поле. Их |
||||||||||||||
|
|
траектории приведены на рисунке. Величина |
||||||||||||||
|
|
наименьшего |
|
удельного |
|
заряда |
соответствует |
|||||||||
|
|
траектории … |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Варианты ответа: |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
а) 1; |
|
б) 2; |
в) 3. |
|
||||
32. Полная |
с стема уравнений Максвелла |
|
для |
электромагнитного |
||||||||||||
уравнений |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
поля имеет в д: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
СB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ed |
|
dS; |
Hd |
j |
|
|
dS; |
DdS dV; |
BdS 0. |
|||||||
L |
S t |
L |
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
V |
|
S |
|
|
S |
|
|
t |
|
|
|
|
||||||||
|
|
бА |
|
|||||||||||||
ледующая с стема |
|
|
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ed |
0; |
Hd |
0; |
DdS |
|
|
dV; BdS |
|
|
0 |
|
|
||||
L |
|
L |
|
S |
|
V |
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
справедл ва для …. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Варианты ответа: |
|
|
|
|
|||||||
а) переменного электромагнитного поля в отсутствие токов |
||||||||||||||||
проводимости; |
|
|
|
|
|
Д |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
б) стационарного электрического поля в отсутствие токов |
||||||||||||||||
проводимости; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
в) стационарного электрического поля в отсутствие заряженных тел; |
||||||||||||||||
г) стационарного электромагнитного поля в отсутствие токов |
||||||||||||||||
проводимости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
33. В двух бесконечно длинных параллельных проводниках силы тока равны по 2,5 А. Токи имеют одинаковое направление. Вычислить магнитную индукцию поля в точке, которая расположена на расстоянии 40 см от одного проводника и 30 см от другого. Расстояние между ними 50 см.
Варианты ответа: 





34. Электрон, прошедший ускоряющую разность потенциалов 500 В, попал в вакууме в однородное магнитное поле и движется по окружности радиусом 10 см. Определить модуль магнитной
82
индукции, если скорость электрона перпендикулярна силовым линиям поля.
С |
Варианты ответа: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
35. |
Два параллельных проводника с одинаковыми по силе токами |
||||||||||||
находятся на расстоянии 8,7 см друг от друга и притягиваются с |
|||||||||||||
силой 2,5∙10-2 Н. Определить силу тока в проводниках, если длина |
|||||||||||||
каждого |
з н х 320 см, а токи направлены в одну сторону. |
|
|||||||||||
соленодиаметромда? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
36. |
|
|
|
Варианты ответа: |
|
|
|
|
|
|
|
||
олено д без сердечника с однослойной обмоткой из проволоки |
|||||||||||||
|
|
0,4 м меет длину 0,5 м и поперечное сечение 60 см2. За |
|||||||||||
|
|
бА |
|
||||||||||
какое время при напряжении 10 В и силе тока 1,5 А в обмотке |
|||||||||||||
выдел тся |
кол чество |
теплоты, равное энергии поля |
внутри |
||||||||||
|
|
|
|
Варианты ответа: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
3.3. Примеры решения тестовых задач [3, 7] |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
Д |
||||||||
1. На рисунке изображены сечения двух параллельных |
|||||||||||||
прямолинейных длинных |
проводников |
с |
|
|
|
|
|
|
|
||||
одинаково направленными токами, причем |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
I1 |
> I2. |
Индукция B |
результирующего |
И |
|||||||||
магнитного поля равна нулю в некоторой |
|||||||||||||
точке интервала … |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Линии |
магнитной |
индукции |
прямолинейных |
длинных |
||||||||
проводников с токами I1 и I2 представляют собой концентрические окружности, плоскости которых перпендикулярны проводникам, а центры лежат на их осях. Направление этих линий определяют правилом правого винта: направление вращения винта даёт направление силовой линии магнитной индукции, если поступательное движение винта соответствует направлению тока в проводнике. Направление векторов магнитной индукции B1 и B2 в некоторых точках интервалов a, b, c, d совпадают с касательными
83
линий магнитной индукции в этих точках поля. Индукция B результирующего поля определяется по принципу суперпозиции B B1 B2 и равна нулю, если векторы B1 и B2 противоположно направлены и равны по модулю B1 B2. Это может быть только в интервалах b и c. Поскольку магнитная индукция прямолинейного
длинного проводника с током вычисляется по формуле B |
0I |
, |
то |
||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0I1 |
|
0I2 |
|
|
|
2 r |
|
||
модули векторов |
B |
B |
равны |
|
при силе токов |
в |
|||||||||||
|
|
||||||||||||||||
|
|
1 |
2 |
|
|
2 r1 |
|
2 r2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
проводн ках I1> I2, если расстояния от проводников до точки r1<r2. |
|||||||||||||||||
С |
|
|
|
B |
результирующего поля равна нулю в |
||||||||||||
ледовательно, |
|
|
|
||||||||||||||
некоторой точке нтервала c. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ответ: с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ндукция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2. Сила тока в |
проводящем круговом контуре индуктивностью |
||||||||||||||||
I |
100 мГн |
зменяется с течением |
времени по закону |
||||||||||||||
I (2 0,3t) (в |
единицах СИ). Абсолютная величина |
||||||||||||||||
|
ЭДС самоиндукции равна |
; при этом индукционный |
|||||||||||||||
ток направлен … |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ЭДС |
бАсамоиндукции, возникающая в контуре при изменении в |
||||||||||||||||
нём силы |
тока I, |
|
определяется по формуле: |
s L |
dI |
, где L |
– |
||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
||||
индуктивность контура. Знак минус в формуле находится в |
|||||||||||||||||
соответствии с правилом Ленца: индукционный ток направлен так, |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|||||||||
что противодействует изменению тока в цепи: замедляет его |
|||||||||||||||||
возрастание или убывание. Таким образом, Э С самоиндукции равна |
|||||||||||||||||
|
si L |
dI |
L |
d |
(2 0,3t) 0,1 0,3 0,03 В. |
|
|||||||||||
|
dt |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
dt |
|
|
|
И |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Абсолютная величина ЭДС самоиндукции равна 0,03 В. Индукционный ток направлен против часовой стрелки. При этом учтено направление тока в контуре и его возрастание со временем (что следует из заданного закона изменения силы тока).
Ответ: 0,03 В; против часовой стрелки.
84
3. На рисунке дана квадратичная зависимость от времени магнитного
потока, пронизывающего проводящий контур. |
|
|
Ф |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
При этом зависимости модуля ЭДС индукции, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
возникающей в контуре, |
|
от времени соответствует |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
график … |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
С |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
t |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
i |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
иdt |
|
|
|
|
t |
0 |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
t |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
бА |
|
|
индукции |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
огласно закону Фарадея |
для |
электромагнитной |
||||||||||||||||||||||||||||
|
i |
|
dФ |
. |
|
Про зводная |
|
от квадратичной |
|
функции даст |
линейную |
||||||||||||||||||||||
зависимость. Поэтому верная зависимость модуля ЭДС индукции от |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
времени |
|
меет в д, представленный графиком 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
Ответ: 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4. Два соленоида с одинаковым числом плотно намотанным витков |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
отличаются |
геометрическими |
|
размерами |
их |
цилиндрических |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
||||||||||||||||||
каркасов. Если для второго соленоида все геометрические размеры в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
два раза меньше, а магнитную проницаемость сердечника соленоидов |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
принять равной единицы, то отношение индуктивностей L1/L2 |
первого |
||||||||||||||||||||||||||||||||
и второго соленоидов равно … |
|
|
|
|
|
|
И |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Индуктивность |
L1 |
|
однослойной |
длинной |
|
катушки-соленоида |
|||||||||||||||||||||||||
длины l и диаметра |
d |
|
(l>> d), имеющего N плотно намотанных |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N2S |
|
|
|
|
N |
2 d |
1 |
2 |
|
|
|
витков, |
определяется выражением L |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
, |
где |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
4l |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
0 |
|
|
l |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
– магнитная проницаемость |
сердечника; |
0=4 10-7 |
Гн/м |
– |
|||||||||||||||||||||||||||
магнитная постоянная; S= d 2/4 – площадь поперечного сечения соленоида. При уменьшении геометрических размеров (длина и диаметр) в два раза без изменения числа витков получим
85