ГДЗ · Фізика · 9 клас

Сторінка 108

Фізика, Бар’яхтар В. Г., Божинова Ф. Я., Довгий С. О., Кірюхін М. М., Кірюхіна О. О., за ред. Довгого С. О., 2026 · № 15.1 (с. 108)–15.7 · 6 завдань

Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».

§ 15. Дія магнітного поля на рамку зі струмом

Завдання 15.1 (с. 108)

Перелік пристроїв з електродвигуном

Назвіть 5 пристроїв, до складу яких входить електродвигун (завдання №1).

Розв’язання

Визначаємо пристрої, що працюють на електричній енергії з обертальним приводом.
Перевіряємо наявність в них електродвигуна (часто це двигун постійного струму).

Відповідь:

Електромобіль, трамвай, електропікап, вібраційний масажер, міксер (або блендер).

Завдання 15.2 (с. 108)

Функції складників електродвигуна

Установіть відповідність між складником двигуна (1–4) та його функцією (А–Д): 1 — Статор, 2 — Колектор, 3 — Ротор, 4 — Щітки.

Розв’язання

Статор нерухомий і створює поле — відповідає функції В.
Колектор змінює напрямок струму при проходженні положення рівноваги — відповідає функції Д.
Ротор обертається й перетворює енергію — відповідає функції А.
Щітки дотикаються до колектора і підводять струм — відповідають функції Б.

Відповідь:

1–В, 2–Д, 3–А, 4–Б.

Завдання 15.3

Визначення напрямку струму в рамці

На рисунку зображено рамку зі струмом у магнітному полі постійного магніту (S — південний, N — північний полюс). Рамка обертається проти ходу годинникової стрілки. Визначте напрямок струму в рамці.

Розв’язання

Магнітне поле спрямоване зліва направо (від N до S).
Щоб рамка поверталася проти ходу годинникової стрілки, сила на передній стороні має діяти вгору, а на задній — вниз.
Згідно з правилом лівої руки: якщо поле йде від вас (або горизонтально), то для отримання сили вгору струм має течь від нас до себе (або навпаки залежно від орієнтації). Оскільки магніт N зліва, S справа, вектор B спрямований у бік спостерігача (якщо дивитися на грань рамки) або просто горизонтально.
Розглянемо простіше: щоб рамка поверталася проти годинникової стрілки, сила на лівій стороні рамки має бути спрямована вгору, а на правій — вниз (або навпаки залежно від положення). Нехай магніт N зліва, S справа. Сила на передній частині рамки має бути спрямована вгору. Для цього струм у передній частині має течь від нас до себе (якщо поле горизонтальне) або навпаки.

Відповідь:

Струм у передній стороні рамки течеть від вас до себе, а у задній — від себе до вас (або навпаки залежно від орієнтації магніту на малюнку). Примітка: Оскільки зображення не дозволяє точно визначити орієнтацію осей без візуального аналізу векторів, загальний висновок базується на правилі лівої руки.

Завдання 15.4

Зміна напрямку обертання рамки

Чи зміниться напрямок руху рамки (див. рис. 15.1) у разі зміни полюсів магніту? Якщо зміниться, то як? Відповідь обґрунтуйте.

Розв’язання

Згідно з правилом лівої руки, напрямок сили Ампера залежить від напрямків векторів магнітної індукції ( $B$ ) та струму ( $I$ ).
Якщо поміняти місцями полюси магніту, напрямок вектора $B$ зміниться на протилежний, а напрямок струму залишиться незмінним.
У результаті це призведе до зміни напрямків сил Ампера: ті, що діють вгору, почнуть діяти вниз, і навпаки. Отже, рамка почне обертатися проти ходу годинникової стрілки (або змінить напрямок обертання на протилежний).

Відповідь:

Так, напрямок руху рамки зміниться на протилежний. Це відбувається тому, що при зміні полюсів магніту змінюється напрямок вектора магнітної індукції $B$ , що згідно з правилом лівої руки призводить до зміни напрямку сил Ампера.

Завдання 15.6

Обчислення сили струму в двигуні самоката

Електродвигун живиться від батареї $U = 36 В$ . Час розгону до швидкості $v = 18 км / год$ становить $t = 5 с$ . Маса системи (людина + самокат) $m = 60 кг$ . Втратами енергії знехтувати.

Розв’язання

Переведемо швидкість у систему СІ: $v = 18 км / год = \frac{18}{3 , 6} м / с = 5 м / с$ . Початкова швидкість була $0$ , тому зміна кінетичної енергії $Δ E_{k} = \frac{m v ^{2}}{2} - 0 = \frac{60 \cdot ( 5 ) ^{2}}{2} = 750 Дж$ .
За умовою вся електрична енергія перетворюється на механічну, отже $A_{електр} = U \cdot I \cdot t = Δ E_{k}$ . Підставимо значення: $36 В \cdot I \cdot 5 с = 750 Дж$ .
Знайдемо силу струму: $I = \frac{750}{36 \cdot 5} = \frac{750}{180} \approx 4, 2 А$ .

Відповідь:

Сила струму становить приблизно $4, 2 А$ .

Завдання 15.7

Перевірка припущення щодо зміни напрямку обертання

У експериментальному завданні просять розглянути двигун з іграшки, підключити його до батареї та визначити, як змінити напрямок обертання ротора на протилежний.

Розв’язання

Перевірте, як обертається ротор при нормальному підключенні батареї.
Відкрутіть дроти від клем батарейки (або розберіть частину корпусу).
Змініть місцями кінці дротів на одній з клем або переверніть магніт у моторі на 180°.
Підключіть знову і спостерігайте за напрямком обертання.

Відповідь:

Напрямок обертання можна змінити, якщо перемкнути місцями кінці дротів підключення до джерела струму (змінити полярність) або перевернути постійний магніт у двигуні.