Физика. 11 класс. Базовый уровень
Покупка
ФПУ
Тематика:
Физика. Астрономия
Издательство:
Просвещение
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 240
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее общее образование
ISBN: 978-5-09-101620-8
Артикул: 815715.01.99
Данный учебник завершает линию учебно-методических комплексов «Сферы» по физике. Издание подготовлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования. Материал учебника направлен на формирование научных представлений о физических законах
и явлениях и основывается на достижениях современной физики и техники. Главными особенностями данного учебника являются фиксированный в тематических разворотах формат, лаконичность и жёсткая структурированность текста, разнообразный иллюстративный ряд.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
УДК 373.167.1:53+53(075.3) ББК 22.3я721 Б43 Серия «Сферы» основана в 2003 году На учебник получены положительные заключения научной (заключение РАО № 1176 от 18.11.2016 г.), педагогической (заключение РАО № 1067 от 21.11.2016 г.) и общественной (заключение РКС № 443-ОЭ от 22.12.2016 г.) экспертиз. УДК 373.167.1:53+53(075.3) ББК 22.3я721 © АО «Издательство «Просвещение», 2019 © Художественное оформление. АО «Издательство «Просвещение», 2019 Все права защищены Белага, Виктория Владимировна. Физика : 11-й класс : базовый уровень : учебник : издание в pdf-формате / В. В. Белага, И. А. Ломаченков, Ю. А. Панебратцев. — 4-е изд., стер. — Москва : Просвещение, 2022. — 239, [1] с. : ил. — (Сферы). ISBN 978-5-09-101620-8 (электр. изд.). — Текст : электронный. ISBN 978-5-09-095833-2 (печ. изд.). Данный учебник завершает линию учебно-методических комплексов «Сферы» по физике. Издание подготовлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования. Материал учебника направлен на формирование научных представлений о физических законах и явлениях и основывается на достижениях современной физики и техники. Главными особенностями данного учебника являются фиксированный в тематических разворотах формат, лаконичность и жёсткая структурированность текста, разнообразный иллюстративный ряд. Б43 ISBN 978-5-09-101620-8 (электр. изд.) ISBN 978-5-09-095833-2 (печ. изд.) Издание выходит в pdf-формате. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Работаем с учебником ................................................................ 6 РАЗДЕЛ I. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Электричество и магнетизм — великое объединение ............7 Глава 1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ 1. Магнитные взаимодействия ....................................... 10 2. Магнитное поле. Индукция магнитного поля ............... 12 3. Сила Ампера ........................................................... 14 4. Действие магнитного поля на движущиеся заряды. Сила Лоренца .......................................................... 16 5. Электромагнитная индукция ..................................... 18 6. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции ..... 20 7. Индукционное электрическое поле ............................. 22 8. Самоиндукция. Энергия магнитного поля .................... 24 Решение задач ......................................................... 26 Подведём итоги ........................................................ 28 РАЗДЕЛ II. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ От маятника к электромагнитным полям ......................... 29 Глава 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ 9. Механические колебания. Характеристики колебательного движения .......................................... 32 10. Пружинный и математические маятники. Гармонические колебания ......................................... 34 11. Превращение энергии колебаний. Затухающие колебания ............................................. 36 12. Решение уравнений свободных гармонических колебаний ............................................................... 38 13. Вынужденные колебания. Резонанс ............................ 40 Решение задач ......................................................... 42 Подведём итоги ........................................................ 44 Глава 3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ 14. Электромагнитные колебания .................................... 46 15. Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток ....................................................... 48 16. Уравнение свободных гармонических колебаний в контуре. Формула Томсона ...................................... 50 17. Мощность переменного тока. Действующие значения тока и напряжения ..................................... 52 18. Производство и потребление электроэнергии ................ 54 19. Передача электрической энергии. Трансформатор ......... 56 Решение задач ......................................................... 58 Подведём итоги ........................................................ 60 Глава 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ 20. Волновые явления .................................................... 62 21. Длина волны. Скорость распространения волн ............. 64 22. Звуковые колебания и волны. Свойства звука .............. 66 23. Интерференция волн. Дифракция волн ....................... 68 Подведём итоги ........................................................ 70 Глава 5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ 24. Электромагнитные волны .......................................... 72 25. Экспериментальное открытие электромагнитных волн ..... 74 26. Изобретение радио. Принципы радиосвязи .................. 76 Подведём итоги ........................................................ 78 СОДЕРЖАНИЕ З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
РАЗДЕЛ III. ОПТИКА Свет и цвет ................................................................... 79 Глава 6. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА 27. Световые лучи. Отражение света ................................ 82 28. Преломление света ................................................... 84 29. Полное внутреннее отражение света ............................ 86 30. Плоское зеркало. Линзы ........................................... 88 31. Глаз как оптическая система ..................................... 92 32. Оптические приборы ................................................. 94 Решение задач ......................................................... 98 Подведём итоги ...................................................... 100 Глава 7. СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ. ИЗЛУЧЕНИЯ И СПЕКТРЫ 33. Скорость света ........................................................102 34. Дисперсия света ......................................................104 35. Принцип Гюйгенса. Законы отражения и преломления световых волн ...................................106 36. Интерференция света ...............................................108 37. Дифракция света .....................................................110 38. Примеры использования интерференции и дифракции света ..................................................112 39. Поперечность световых волн. Поляризация света......................................................................114 40. Цвет ......................................................................116 41. Виды спектров. Спектральный анализ ........................118 42. Спектр электромагнитных излучений ....................... 120 Решение задач ........................................................122 Подведём итоги ...................................................... 124 РАЗДЕЛ IV. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ От классической физики к теории относительности ......... 125 Глава 8. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ 43. Постулаты специальной теории относительности. Одновременность .................................................... 128 44. Преобразования Галилея и преобразования Лоренца ................................................................ 130 45. Лоренцево сокращение длины. Замедление времени .................................................................132 46. Релятивистский закон сложения скоростей ................134 47. Четырёхмерное пространство—время .........................135 48. Релятивистские масса, энергия, импульс .................. 136 Решение задач ....................................................... 138 Подведём итоги .......................................................140 РАЗДЕЛ V. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА Физика микрокосмоса ..................................................141 Глава 9. СВЕТОВЫЕ КВАНТЫ. АТОМНАЯ ФИЗИКА 49. Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта ..........................................................144 50. Квантовая гипотеза Планка. Квантовая теория фотоэффекта ................................................146 51. Давление света. Волновые и корпускулярные свойства света ........................................................148 52. Модели строения атома. Опыт Резерфорда .................150 53. Атом Бора ..............................................................152 54. Атом и квантовая механика .....................................154 55. Лазер ....................................................................156 Решение задач .......................................................158 Подведём итоги ......................................................160 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Глава 10. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ 56. Радиоактивность ....................................................162 57. Радиоактивные превращения. Закон радиоактивного распада ...........................................164 58. Состав и строение атомного ядра ...............................166 59. Ядерные силы. Ядерные реакции ..............................168 60. Энергия связи атомных ядер. Энергетический выход ядерных реакций ...........................................170 61. Ядерные реакции деления. Цепные ядерные реакции ....................................................172 62. Ядерный реактор. Атомная энергетика ......................174 63. Термоядерные реакции ............................................176 64. Влияние радиоактивного излучения на живые организмы. Дозиметрия .............................178 65. Элементарные частицы ........................................... 180 66. Фундаментальные взаимодействия и классификация элементарных частиц ......................182 67. Приборы для наблюдения и регистрации элементарных частиц .............................................. 184 Решение задач ....................................................... 186 Подведём итоги ...................................................... 188 РАЗДЕЛ VI. АСТРОНОМИЯ (ВСЕЛЕННАЯ) Физика макрокосмоса .................................................. 189 Глава 11. СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ 68. Развитие представлений о строении мира. Законы движения планет .........................................192 69. Физические величины и их измерение в астрономии ....194 70. Строение Солнечной системы ................................... 196 71. Солнце .................................................................. 200 72. Звёзды .................................................................. 204 73. Строение и эволюция звёзд ...................................... 206 74. Галактики ............................................................. 208 75. Рождение и эволюция Вселенной ...............................212 76. Современные методы исследования Вселенной .............216 Решение задач ....................................................... 220 Подведём итоги ...................................................... 222 Заключение ............................................................................. 223 Лабораторные работы ........................................................... 224 Предметно-тематический указатель .................................... 235 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
РАБОТАЕМ С УЧЕБНИКОМ Материал учебника включает 11 тем, каждая из которых разделена на параграфы. Перед каждой темой в рубрике «Коротко о главном…» приводится высказывание одного из великих учёных, которое отражает суть содержания темы. Параграф начинается с вводных рубрик «Вы узнаете...», «Вспомните...». Рубрика «Вы узнаете...» познакомит вас с основными вопросами, которые изучаются в параграфе. Рубрика «Вспомните...» подскажет, что необходимо вспомнить из ранее изученного материала, для того чтобы усвоить новый. Основной текст параграфа сопровождают рубрики, которые помогут вам глубже понять наиболее важный материал. В рубрике «Физический блокнот» содержатся интересные сведения и дополнительная информация к основному тексту параграфа. Рубрика «Физический калейдоскоп» иллюстрирует текст параграфа примерами из жизни и техники. Физические законы и формулы параграфа выделены в рубрике «Внимание!». Графический элемент в виде лупы акцентирует ваше внимание на внутреннем содержании рисунка, детализирует изображение физического явления или процесса. В темах, в которых необходимо более подробно рассмотреть решение физических задач, содержится раздел «Решение задач». В параграфе также даны ссылки в виде стрелок. Они показывают, что изучение данного материала невозможно без использования задачника или тетради- практикума. Завершают параграф вопросы, ответы на которые помогут вам закрепить изученный материал и проверить свои знания. На последней странице каждой главы содержатся рубрики «Подведём итоги», «Вопросы для обсуждения» и обобщающие схемы, позволяющие представить материал главы в единстве и взаимосвязи в лаконичной форме. В рубрике «Подведём итоги» приводятся основные выводы и идеи, содержащиеся в главе. Вопросы, содержащиеся в рубрике «Вопросы для обсуждения», носят проблемный характер и могут стать интересной темой для дискуссии. Ссылки на интернет-ресурсы и литературу позволят привлечь дополнительные источники информации при изучении темы. П З Физический блокнот Физический калейдоскоп ВНИМАНИЕ! З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Когда-то люди считали, что падение яблока на Землю и движение Луны вокруг Земли — это разные физические явления, подчиняющиеся различным законам. Однако гениальный И. Ньютон, наблюдая за падением яблока и за движением Луны, объединил эти явления, предложив для их описания закон всемирного тяготения. Это было первое великое объединение в физике. Вторым великим объединением в физике стало объединение электричества и магнетизма. И в этом огромная заслуга гениального физика- экспериментатора М. Фарадея и гениального физика-теоретика Д. Максвелла. Всего двести лет назад, в начале XIX в., очень мало было известно и о природе магнитных явлений. И ещё меньше — о связи электричества и магнетизма. Первым, кто «обратил электричество в магнетизм», был голландский учёный Х. Эрстед. В истории физических открытий говорится, что в 1820 г. Эрстед во время лекции для студентов, в которой он рассказывал о магнетизме и различных видах электричества, провёл следующий опыт. Он поместил компас вблизи от проволоки, проходившей параллельно стрелке компаса. И когда по проволоке пошёл ток от батареи, стрелка компаса отклонилась на 90° и приняла направление «восток—запад». Фактически этот простой опыт обнаружил связь между электричеством и магнетизмом и послужил началом развития одного из важнейших разделов физики — электромагнетизма. Открытие Эрстеда послужило толчком для новых важных открытий и изобретений. Уже в том же 1820 г. французский физик и астроном Д. Араго изобрёл электромагнит, пропустив ток через проволоку, намотанную на железный стержень. Другой французский учёный А. Ампер пришёл к заключению, что параллельные токи притягиваются, и подтвердил это экспериментально. Одним из величайших экспериментаторов по праву считают английского учёного М. Фарадея. Историк науки Г. Липсон в своей книге «Великие эксперименты в физике» пишет, что, в отличие от других великих учёных — современников Фарадея, «открытия которых представляли собой отдельные «пики», Фарадей воздвиг «горную цепь» из взаимосвязанных работ. Начав исследовать какой-либо вопрос, Фарадей с гениальной способностью определял основные направления поиска... У Фарадея был инстинкт, помогавший ему свести вместе звенья какого-нибудь вопроса и создать из них законченное целое». Фарадей считал, что если электричество создаёт магнетизм, то и магнетизм должен создавать электричество. Эксперименты Фарадея увенчались успехом в 1831 г., т. е. спустя 11 лет после открытия Эрстеда. При помощи достаточно простого прибора он сделал своё великое открытие — открытие электромагнитной индукции. Опыт Фарадея состоял в следующем. На железное кольцо наматывались две отдельные спирали. Одна из спиралей подсоединялась к батарее, а другая — к гальванометру. При замыкании первой цепи наблюдалось резкое отклонение стрелки гальванометра, а ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ — ВЕЛИКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ РАЗДЕЛ I З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
при размыкании цепи стрелка отклонялась в противоположную сторону. Этот опыт Фарадей проводил различными способами, и всегда ему удавалось «получить электричество из магнетизма». В направлении, указанном Фарадеем, работали многие физики того времени. Один из них, американец Д. Генри, открыл электромагнитную индукцию независимо, но к тому времени, когда стало известно об открытии Фарадея, ещё не успел опубликовать результаты своей работы. Ещё одной заслугой Генри стало открытие явления самоиндукции, суть которого состоит в том, что при появлении и прекращении тока, текущего через катушку, в самой катушке наводится электродвижущая сила. Фарадей встретился с рядом затруднений при формулировке общего правила для определения направления индуцированных токов. Этому вопросу были посвящены исследования молодого профессора Петербургского университета Э. Х. Ленца. Ленц провёл и описал большое количество экспериментов, на основании которых сформулировал правило, носящее сейчас его имя. Анализируя результат опытов по исследованию взаимосвязи электрических и магнитных явлений, Фарадей в 1852 г. написал: «Многие силы очевидным образом обнаруживаются на расстоянии; их физическая природа для нас непостижима — всё же мы можем узнать о них много реального и положительного, в том числе можем до известной степени уяснить себе состояние пространства между телом, которое оказывает действие, и телом, на которое оказывается действие, или между взаимодействующими телами. Такие силы представляются нам в явлениях тяготения, света, электричества, магнетизма и т. д.». Фактически Фарадей пришёл к новой фундаментальной физической идее электрического и магнитного поля и соответствующих им силовых линий. Он писал, что все экспериментальные факты «указывают на существование физических силовых линий как вне, так и внутри магнитов... Вокруг магнита должно существовать и им поддерживаться некоторое состояние... и это состояние доказывает физическую природу линий магнитной силы». Во времена Фарадея не было никаких оснований считать, что магнетизм и свет как-то связаны между собой. Однако Фарадей стал исследовать прохождение света через магнитное поле и обнаружил, что магнитное поле оказывает воздействие на характер распространения света. В дальнейшем стало понятно, что свет — электромагнитная волна. Английский учёный Дж. Максвелл был замечательным математиком и сумел перевести идеи Фарадея на язык математической теории. В 1864 г. им была создана теория электромагнитного поля, которая фактически завершила великое объединение электричества и магнетизма в виде четырёх уравнений, которые носят его имя. Сегодня известно, что электромагнитные взаимодействия лежат в основе огромного количества явлений окружающего нас мира. Они являются одними из четырёх фундаментальных взаимодействий, которым подчиняются все объекты Вселенной. Электромагнитные взаимодействия всеобъемлющи — они действуют и в микромире, и в макромире. Электромагнитные силы связывают атом в единое целое, а свет Солнца и звёзд — это электромагнитные волны. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
КОРОТКО О ГЛАВНОМ... Нужно было обладать могучим даром научного воображения, чтобы распознать, что в описаниях электрических явлений не заряды и не частицы описывают суть явлений, а, скорее, пространство (электрическое поле) между зарядами и частицами. А. Эйнштейн о М. Фарадее Глава 1 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ МАГНИТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СИЛА АМПЕРА ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ДВИЖУЩИЕСЯ ЗАРЯДЫ. СИЛА ЛОРЕНЦА ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ ПРАВИЛО ЛЕНЦА. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ИНДУКЦИОННОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ САМОИНДУКЦИЯ. ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ РАЗДЕЛ I ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Хотя магнитные явления были известны людям с глубокой древности, последовательное изучение природы магнетизма стало возможным только после того, как научились получать электрический ток. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Несмотря на многообразие проявлений электрических и магнитных взаимодействий, ничто не указывало на их взаимосвязь. Тела приобретают способность к электрическим взаимодействиям при их натирании, например янтаря мехом, а магнитными свойствами некоторые минералы обладают изначально. При этом магнитные свойства не исчезают с течением времени в отличие от свойства тел быть наэлектризованными. И хотя магниты могут как притягиваться, так и отталкиваться, подобно зарядам, отделить северный магнитный полюс от южного полюса не удаётся ни при каких обстоятельствах. Особенности поведения магнитов подробно изучил и систематизировал английский учёный У. Гильберт в конце XVI в. В частности, он первым догадался, что земной шар представляет собой громадный природный магнит, оказывающий воздействие на магнитную стрелку. В конце XVIII в. в изучении электрических и магнитных явлений появились первые количественные законы. Французскому физику Ш. Кулону удалось измерить силу взаимодействия между двумя заряженными шариками, а также силу, действующую между двумя магнитными зарядами-полюсами. Полученные из опыта закономерности одинаково определяли притяжение и отталкивание соответствующих электрических зарядов и зарядов-полюсов магнитов. Это указывало на какую-то общность электрических и магнитных явлений. ОПЫТЫ ЭРСТЕДА И АМПЕРА Решающий поворот в изучении явлений магнетизма произошёл в 1820 г. благодаря опытам датского физика Г. Эрстеда, который обнаружил воздействие электрического тока на магнитную стрелку. Действительно, если расположить магнитную стрелку параллельно проводу, то при пропускании по нему электрического тока стрелка поворачивается и устанавливается перпендикулярно проводнику. Опыт Эрстеда наглядно свидетельствовал о том, что в пространстве, окружающем проводник с током, появляются силы, которые воздействуют на магнитную стрелку. Изучение магнитных взаимодействий продолжил французский физик и МАГНИТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВЫ УЗНАЕТЕ: Что нового в изучении явлений магнетизма дали опыты Эрстеда и Ампера. В чём заключается гипотеза Ампера и какова природа магнетизма. На чём основано введение единицы силы тока в СИ. ВСПОМНИТЕ: Как взаимодействуют электрические заряды? Как взаимодействуют постоянные магниты? Что такое сила тока и в каких единицах она измеряется? 1 чении явлений магнетизма произошёл в 1820 г. благодаря опытам датского физика Г. Эрстеда, который обнаружил воздействие электрического тока на магнитную стрелку. Действительно, если расположить магнитную стрелку параллельно проводу, то при пропускании по Ганс Христиан Эрстед (1777—1851) Датский физик, исследователь электромагнетизма. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
математик А. Ампер, который в том же 1820 г. установил, что два гибких проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение, если через них пропустить электрический ток в одном направлении. При противоположных направлениях токов проводники взаимно отталкиваются. В случае когда в каком-либо из проводников ток отсутствует, проводники друг на друга не действуют. ГИПОТЕЗА АМПЕРА Опыты по взаимодействию проводников с током невозможно объяснить взаимодействием электрических зарядов, поскольку каждый из проводников электрически нейтрален. Проанализировав большое количество опытных данных по взаимодействию магнитов, а также воздействие магнита на проводник с током, Ампер выдвинул гипотезу, что магнитные свойства тела определяются замкнутыми электрическими токами, циркулирующими внутри самого тела. Иначе говоря, был сделан вывод, что «все магнитные явления сводятся к чисто электрическим эффектам». Согласно гипотезе Ампера в любом магните имеется множество круговых элементарных токов, ориентированных строго определённым образом, в результате чего их действия складываются. Отсутствие у вещества магнитных свойств означает, что эти токи циркулируют по отношению друг к другу неупорядоченно и их действия взаимно компенсируются. Гипотеза Ампера свидетельствовала о его большой научной смелости как учёного, поскольку в первой четверти XIX в. ещё ничего не знали ни о строении атома, ни о существовании электрона. ЕДИНИЦА СИЛЫ ТОКА В 1948 г. на Международной конференции по мерам и весам было принято решение о том, что единица силы тока должна определяться через магнитное взаимодействие двух очень длинных и тонких линейных проводников с током, находящихся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга. За единицу силы тока принимают силу тока, при которой между этими проводниками возникает сила магнитного взаимодействия, равная 2 · 10–7 Н на каждый метр длины проводника. Эту единицу силы тока в честь учёного назвали ампером (А). ВОПРОСЫ: Имеются ли различия между электрическими и магнитными явлениями? Можно ли утверждать, что магнетизму присуща своя особая природа, не связанная с существованием электрических зарядов? Какой главный вывод можно сделать на основе гипотезы Ампера? В случае когда в каком-либо из проводников ток отсутствует, прово- дников с током невозможно объяснить взаимодействием электрических зарядов, поскольку каждый из проводни- Проанализировав большое количество опытных дан- ных по взаимодействию магнитов, а также воздействие магнита на проводник с током, Ампер выдвинул гипотезу, что магнитные свойства тела определяются замкнутыми электрическими токами, токи циркулируют по отношению друг к другу неупорядоченно и их действия взаимно компен- Андре-Мари Ампер (1775—1836) Французский физик, знаменитый математик и естествоиспытатель, один из основоположников электродинамики. Направление движения электронов В З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Опыты Эрстеда и Ампера наглядно свидетельствовали о появлении вокруг проводников с током сил, действующих как на магнитную стрелку, так и на ток. Эти силы называют магнитными и порождаются магнитным полем. Магнитное поле обладает определёнными свойствами, которые устанавливают экспериментально. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Как известно, вокруг заряженных тел существует электрическое поле. Аналогично в пространстве, окружающем проводники с током, возникает поле, называемое магнитным. Это поле материально и непрерывно в пространстве, оно существует независимо от наших знаний о нём. Сложившиеся представления о свойствах магнитного поля вырабатывались на основе опытов по его воздействию на магнитную стрелку и на движущиеся заряды. Главной особенностью магнитного поля является тот факт, что оно порождается только движущимися зарядами ( токами) и оказывает воздействие только на движущиеся заряды (токи). На покоящиеся заряды магнитное поле, в отличие от электрического поля, не действует. Чтобы более предметно говорить о свойствах магнитного поля, необходимо ввести физическую величину, которая может служить количественной характеристикой этого поля. ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Нетрудно осуществить опыт по воздействию магнитного поля на магнитную стрелку, помещённую между полюсами подковообразного магнита. При этом магнитная стрелка устанавливается в определённом положении. Это говорит о том, что магнитное поле оказывает на стрелку ориентирующее воздействие. Аналогичный опыт можно провести с рамкой, по которой пропущен ток. Если эту рамку подвесить на гибких и тонких проводниках между полюсами магнита, то рамка повернётся и займёт положение, при котором её плоскость будет перпендикулярна к линии, соединяющей оба полюса магнита. Таким образом, магнитное поле оказывает ориентирующее воздействие и на проводник с током. Как известно, в физике величины, которые характеризуются не только численным значением, но и направлением, называются векторными. Поэтому физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, должна быть векторной. Эту величину называют индукцией магнитного поля или магнитной индукцией и обозначают буквой . МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ВЫ УЗНАЕТЕ: В чём заключается главная особенность магнитного поля. Какая физическая величина является силовой характеристикой магнитного поля. Что такое линии магнитной индукции. Как определяется модуль магнитной индукции. ВСПОМНИТЕ: Что является источником магнитного поля? Как графически изображается магнитное поле? В чём заключается правило правого буравчика? В чём заключается правило левой руки? 2 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
НАПРАВЛЕНИЕ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ Направление вектора магнитной индукции удобно определить с помощью магнитной стрелки. За направление вектора магнитной индукции принимают направление от южного полюса S к северному полюсу N свободно устанавливающейся магнитной стрелки, помещённой в данную точку поля. Для наглядного изображения распределения магнитного поля в пространстве вводится понятие линий магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в каждой точке поля направлены так же, как и вектор магнитной индукции. Картина линий магнитной индукции поля, образованного прямолинейным проводником с током, представляет собой систему концентрических окружностей, лежащих в плоскости, перпендикулярной этому проводнику. Центр этих окружностей находится на оси проводника. При этом направление вектора индукции в конкретной точке пространства определяется правилом правого буравчика. МОДУЛЬ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Пусть проводник, изготовленный из немагнитного материала, помещён между полюсами подковообразного магнита и уравновешен при помощи динамометра. В этом случае показание F1 динамометра будет численно равно модулю силы тяжести, действующей на проводник. Если по проводнику пропустить ток в таком направлении, чтобы действующая на него магнитная сила была направлена вертикально вниз, то значение этой силы можно найти по разности показаний динамометра F = F2 – F1, где F2 — показание динамометра при наличии тока в проводнике. Магнитная сила, действующая на проводник, пропорциональна длине l проводника и силе тока I в нём, а также зависит от ориентации проводника в магнитном поле. Эта сила достигает своего максимального значения в случае, когда проводник расположен перпендикулярно линиям поля. Однако отношение модуля F магнитной силы к длине проводника l и силе тока I не зависит ни от длины проводника, ни от силы тока в нём. Следовательно, отношение F/Il зависит только от свойств магнитного поля и может служить его количественной характеристикой, которую называют модулем магнитной индукции. ЕДИНИЦА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В СИ за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила, равная 1 Н. Эту единицу называют тесла (Тл): 1 Тл = . ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ: Заряженный медный шарик подвешен на нити между полюсами подковообразного магнита. Будет ли на шарик действовать магнитная сила? Приведите примеры, показывающие, что магнитное поле оказывает ориентирующее воздействие на магнитную стрелку и рамку с током. Как определяется модуль и направление вектора магнитной индукции? 13 1 2 3 Линия магнитной индукции Модулем магнитной индукции называют величину, равную отношению силы, действующей на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к произведению силы тока в нём на длину проводника: . Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в каждой точке Центр этих окружностей находится на оси проводника. При этом направление вектора индукции в конкретной точке пространства опреде- I I F1 F2 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .