Новая школа

Ниже представлен тест по физике: тема «Магнитное поле тока», класс 11, открытые вопросы. В конце – образцы ответов с расчётами и пояснениями.

Название теста: Магнитное поле тока (11 класс). Тип вопросов: открытые. Количество вопросов: 10. Ответы: приведены после теста.

Вопрос 1 Опишите направление магнитного поля вокруг длинного прямого проводника и примените правило правой руки. Определите направление B на точке, лежащей справа от проводника, если ток направлен вверх.
Вопрос 2 Расчитайте величину магнитного поля вблизи длинного однотипного провода, если через него течёт ток I = 6 А, на расстоянии r = 3 см от провода. Используйте формулу B = μ0 I / (2π r). Числовой ответ приведите в теслах (Т).
Вопрос 3 Определите магнитное поле в центре кольца радиусом R = 0,10 м, по одному витку, через который течёт ток I = 2 А. Каково направление поля? (Укажите формулу и направление по правилу правой руки.)
Вопрос 4 Соленоид имеет число витков на единицу длины n = 1500 витков/м и через него протекает ток I = 3 А. Найдите магнитное поле внутри соленоида. Укажите направление поля вдоль оси соленоида.
Вопрос 5 Прямоугольный контур площадью S = 0,004 м² с током I = 2 А размещён в однородном магнитном поле B = 0,30 Т. Нормаль к плоскости контура образует угол θ = 60° с направлением B. Найдите момент силы τ, действующий на контур. (μ = I S, τ = μ B sin θ).
Вопрос 6 Проведён проводник длиной L = 0,60 м, по которому течёт ток I = 3 А. Этот проводник расположен в однородном магнитном поле B = 0,15 Т под углом 90° между направлением conduct и B. Найдите силу F, действующую на проводник. Укажите направление силы.
Вопрос 7 Две длинные параллельные проволоки несут токи I1 = 2,0 А и I2 = 1,5 А и разделены на d = 4 см. Найдите силу на единицу длины, которая действует между ними (укажите направление: притяжение или отталкивание). Используйте F/L = μ0 I1 I2 / (2π d).
Вопрос 8 Определите магнитную энерготку (энергетическую плотность) магнитного поля, если B = 0,25 Т. Используйте u = B² / (2 μ0). При необходимости приведите числовое значение в Дж/м³.
Вопрос 9 Круговой виток радиуса R = 0,05 м протекает ток I = 2 А. Найдите магнитный момент μ витка и его направление. (μ = I S, S = π R²). Укажите ориентацию по правилу правой руки.
Вопрос 10 Объясните принцип применения закона Ампера к длинному проводнику и приведите вывод формулы B(r) вокруг него. Как из закона Ампера вытекает выражение B = μ0 I / (2π r) для окружности радиуса r вокруг провода?

Ответы (образец решений)

Ответ

Вокруг длинного прямого проводника магнитное поле образует замкнутые окружности в плоскости, перпендикулярной проводнику. Направление B определяется правилом правой руки: обхватываешь проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, а пальцы показывали направление B.
Для точки справа от провода при токе вверх поле направлено внутрь страницы (вглубь плоскости). Вокруг слева от провода поле направлено наружу из плоскости.
Магнитная индукция B на расстоянии r имеет величину B = μ0 I /(2π r).

Ответ

B = μ0 I /(2π r) = (4π×10^-7 · 6) / (2π · 0,03) = (24×10^-7) / (0,06) ≈ 4,0×10^-5 Т.
Направление: вокруг провода по правилу правой руки; конкретное направление зависит от точки наблюдения (например, справа от провода — вблизи глазпа направление по кругу согласно правилу).

Ответ

B_center = μ0 I /(2R) = (4π×10^-7 · 2) / (0,20) = (8π×10^-7)/0,20 = 4π×10^-6 ≈ 1,26×10^-5 Т.
Направление поля вдоль оси витка, по правой руке: если ток идёт в направлении оси витка, то B направлено вдоль оси по правилу right-hand rule.

Ответ

B = μ0 n I = 4π×10^-7 × 1500 × 3 ≈ 4π×10^-7 × 4500 ≈ 1,8×10^-3 π ≈ 5,65×10^-3 Т.
Направление поля вдоль оси соленоида (по правилу правой руки, если ток идёт в заданном направлении).

Ответ

μ = I S = 2 × 0,004 = 0,008 А·м².
τ = μ B sin θ = 0,008 × 0,30 × sin 60° ≈ 0,008 × 0,30 × 0,866 ≈ 0,00208 Н·м.
Направление τ определяется по правилу правой руки: ось перпендикулярна контуру, вектор τ совпадает с направление оси, направление соответствует вращению контура к минимизации энергии.

Ответ

F = I L B sin φ = 3 × 0,60 × 0,15 × sin 90° = 0,27 Н.
Направление: perpenдикулярно и к проводнику, и к полю; направление определяется правилом правой руки (вектор F перпендикулярен и к L, и к B).

Ответ

F/L = μ0 I1 I2 /(2π d) = (4π×10^-7 × 2 × 1,5) / (2π × 0,04) ≈ 1,5×10^-5 Н/м.
Поскольку токи направления одинаковы, силы между ними притягиваются.

Ответ

u = B² /(2 μ0) = 0,25² /(2 × 4π×10^-7) ≈ 0,0625 /(2,513×10^-6) ≈ 2,5×10^4 Дж/м³.
Значение примерно 2,5×10^4 Дж/м³.

Ответ

S = πR² = π(0,05)² ≈ 0,00785 м². μ = I S ≈ 2 × 0,00785 ≈ 1,57×10^-2 А·м².
Направление: вдоль нормали к плоскости витка (оси витка) по правилу правой руки.

Ответ

Закон Ампера: ∮ B · dl = μ0 I_enc. Рассматривая круговую амперу вокруг длинного проводника, длина окружности равна 2π r, направление токов окружающего контура — окружное B.
Так, для проводника I_enc = I, ∮ B · dl = B(2π r) = μ0 I ⇒ B = μ0 I /(2π r). Это приводит к искомой формуле B(r) вокруг длинного проводника.

Примечания и подсказки:

Все формулы соответствуют общепринятой теории магнитного поля тока: законам Ампера и Био-Савара для упрощённых конфигураций (однородное поле, длинный прямой проводник, круговой виток и т. д.).
В задачах с углами (растояние между плоскостью контура и направлением поля) применяйте формулу τ = μ B sin θ.
При необходимости можно дописать дополнительные подсказки: направление вектора B определяется по правилу правой руки; сила F или момент τ находятся по векторному произведению.

Если нужно, могу оформить тест в виде компактного файла (кандидатский бланк) или добавить балльную систему и временные рамки.

Вот тест по теме: САПР (Системы автоматизированного проектирования) для 7 класса, открытые вопросы, 10 вопросов. Тест с ответами прилагается.

Часть 1. Вопросы

Что такое САПР и зачем она нужна в технологии?
Назовите два основных типа проектов, которые можно создавать в САПР, и кратко охарактеризуйте их.
Чем 2D чертеж отличается от 3D модели? Приведите примеры задач, для которых используют 2D чертеж и для которых — 3D модель.
Что такое слои в САПР и зачем они нужны при работе над чертежами и моделями?
Что такое параметры и ограничения в САПР? Как они помогают изменять размеры и форму детали?
Опишите пошагово процесс создания простой 2D детали: прямоугольник со сквозными отверстиями, в любой САПР.
Какие форматы файлов обычно используются для сохранения и передачи чертежей и моделей в САПР? Назовите как минимум три формата и кратко объясните их назначение.
Приведите два-три примера реальных применений САПР в жизни школьника или быту.
Какие основные инструменты редактирования геометрии чаще всего используются в САПР? Приведите примеры и кратко опишите их назначение (например, копирование, зеркалирование, поворот, массив).
Что такое сборка (assembly) в САПР и зачем она нужна?

Часть 2. Ответы (модельные ответы)

САПР — система автоматизированного проектирования: компьютерная программа(ы), позволяющая создавать, редактировать и хранить точные чертежи и 3D-модели. Она нужна для быстрого и удобного проектирования деталей и изделий, повышения точности и возможности легко вносить изменения.
Два основных типа проектов:

2D чертежи: плоские изображения деталей и их виды, размеры, допуски; используют для изготовления по чертежам.
3D модели: объемные модели деталей и сборок, показывают форму и поверхность изделия, можно измерять объёмы, площади и проводить проверки. (Можно упомянуть также сборки как часть 3D-проекта, но в вопросе речь шла о двух базовых типах.)

2D чертеж — это плоское изображение с линиями и размерными надписями; 3D модель — объемная форма с длиной, шириной, высотой и поверхностями. Примеры задач: 2D — создание чертежа детали для резания по размерам; 3D — моделирование корпуса, чтобы проверить, как детали будут сидеть вместе и как будет выглядеть изделие в объёме.
Слои — способ организовать элементы проекта: разделяют элементы по функциям (например, границы, оси, размеры, габаритные линии), управляют видимостью, цветом и стилем линий. Это помогает держать проект структурированным и легко редактируемым.
Параметры — числовые значения, которые задают размеры и геометрию детали (например, длина, ширина, диаметр). Ограничения (constraints) — геометрические связи между частями (параллельность, перпендикулярность, совпадение, концентричность и т.п.). Они позволяют автоматически изменять форму при изменении параметров и сохранять нужные отношения между элементами.
Пошагово (пример общего алгоритма, без привязки к конкретной программе):

Создать новый документ 2D и выбрать единицы измерения (мм).
Нарисовать прямоугольник нужных размеров (например, 100 мм x 50 мм).
Установить размеры сторон прямоугольника на чертеже.
Добавить сквозные отверстия: выбрать инструмент "круг" или "отверствие", задать диаметр (например, 10 мм) и расположение отверстий по координатам или относительно краёв.
Разместить отверстия вдоль оси или по выбранной схеме (например, два отверстия по 20 мм от краёв).
Добавить размеры и привязки (чтобы всё было точно и можно было распечатать или изготовить).
Сохранить файл.

Популярные форматы файлов:

DWG/DXF — чертежи и плоские/многоуровневые чертежи; часто используются для передачи 2D-чертежей.
STEP (или STP) — формат для обмена 3D-моделями между различными САПР; сохраняет параметры и геометрию.
STL — поверхностьная сеточная модель для 3D-печати; не содержит параметрических данных.
IGES — старый формат обмена 3D-моделями между разными программами.

Примеры применений: проектирование мебели и школьных макетов, создание деталей для самостоятельной сборки (механизм, шкив, держатель), подготовка моделей для 3D-печати дома или в кружке технологий, чертежи для урока труда и дизайна.
Основные инструменты редактирования:

Копирование (Copy) — создаёт копию выбранного элемента.
Зеркалирование (Mirror) — создаёт симметричную копию по выбранной оси.
Поворот (Rotate) — поворачивает элемент на заданный угол.
Массив (Pattern/Array) — создает несколько копий элемента по заданной конфигурации (линейный или радиальный).
Обрезка/удлинение (Trim/Extend) — изменяет длину геометрии до нужного края.
Привязки/размеры (Constraints/Dimensions) — устанавливают геометрические связи и точные размеры.

Сборка (assembly) — это группа из нескольких деталей, которые собираются вместе в одно изделие. Она нужна для проверки, как детали сочетаются друг с другом, чтобы увидеть итоговую форму, проверить зазоры, взаимное положение и возможные столкновения, а также подготовить чертежи сборки и спецификации.

Если хотите, могу адаптировать вопросы под конкретную САПР-программу (например, AutoCAD, SOLIDWORKS, Fusion 360) или сделать вариант с подсказками для учителя.

Бесплатный сервис «Учительская»

Тест на тему магнитное поле тока

Популярные тесты

Тест: Как климат влияет на развитие человечества

Вопрос 1:

Вопрос 2:

Вопрос 3:

Вопрос 4:

Вопрос 5:

Вопрос 6:

Вопрос 7:

Вопрос 8:

Вопрос 9:

Вопрос 10:

Ответы на тест: