ОГЭ · Физика · Магнитные явления и электромагнитная индукция (задания 4, 13, 16, 18)
Электромагнитная индукция, генератор и электромагнитные волны
Индукция — это способ получить ток из магнитного поля. Отсюда генератор, вся электроэнергетика и радиосвязь, о которых спрашивают в заданиях 13, 16 и 18.
ℹ️ В первой части ОГЭ по физике (задания 1–16) ответом служат цифры или число, а задания 17–22 требуют записанного решения или объяснения — за один голый ответ там баллов не дают. Вопросов с ответом одним словом на экзамене нет, поэтому задания ниже помечены как тренировочные: физика в них настоящая, но формат экзаменационной линии они не воспроизводят.
Электромагнитная индукция
Определение
Электромагнитная индукция — возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного поля, пронизывающего контур. Открыл Фарадей в 1831 г.
Определение
Индукционный ток — ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока. Если поле не меняется, тока нет
| Магнит вносят в катушку | поток меняется → ток есть |
|---|---|
| Магнит неподвижен внутри катушки | поток постоянен → тока нет |
| Магнит выносят из катушки | поток меняется → ток есть, но другого направления |
| Двигают быстрее | поток меняется быстрее → ток больше |
| Больше витков в катушке | ток больше |
Генератор и электромагнитные волны
В генераторе рамка вращается в магнитном поле (или магнит вращается внутри катушки), поток через контур непрерывно меняется — и в обмотке возникает переменный ток. Именно так на электростанциях механическая энергия превращается в электрическую: турбина крутит ротор генератора, а что крутит турбину — пар, вода или ветер — зависит от типа станции. Электродвигатель работает наоборот: он превращает электрическую энергию в механическую. Если же в проводнике заставить заряды колебаться очень быстро, вокруг возникает переменное магнитное поле, оно порождает переменное электрическое, и в пространстве побежит электромагнитная волна. Такие волны не нуждаются в среде и распространяются в вакууме со скоростью c = 300 000 км/с = 3·10⁸ м/с. Их длина связана с частотой той же формулой, что и у звука: λ = c / ν. Шкала электромагнитных волн от длинных к коротким: радиоволны → инфракрасное → видимый свет → ультрафиолет → рентгеновское → гамма. Свет — это тоже электромагнитная волна, поэтому мы видим вспышку молнии практически мгновенно, а гром слышим значительно позже.
Как устроена радиосвязь
• Передатчик создаёт высокочастотные колебания в антенне.
• Антенна излучает электромагнитную волну, которая распространяется в пространстве.
• Полезный сигнал (звук) накладывается на волну — это модуляция.
• В приёмнике волна вызывает слабый переменный ток в антенне.
• Приёмник выделяет из него звуковой сигнал — это детектирование.
Разбор примера
Разбор: длина радиоволны
Радиостанция работает на частоте 100 МГц. Определите длину излучаемой электромагнитной волны. Скорость света 3·10⁸ м/с.
Показать решение по шагам
- 1. Переводим частоту: 100 МГц = 100 · 10⁶ Гц = 10⁸ Гц.
- 2. Используем λ = c / ν = 3·10⁸ / 10⁸ = 3 м.
- 3. Проверка: чем выше частота, тем короче волна.
Ответ: 3 м
Ловушка: индукционный ток возникает не «от магнитного поля», а от его изменения. Постоянное поле тока не создаёт.
Вопрос на проверку
В замкнутую катушку вносят магнит. Как изменится сила индукционного тока, если вносить магнит быстрее?
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Разбор примера
Задание 4: текст с пропусками про электромагнитную индукцию
Прочитайте текст и вставьте на места пропусков (А, Б, В, Г) слова из списка. «Если магнит вдвигать в замкнутую катушку, в ней возникает электрический ток. Это явление называют (А)_____. Ток возникает только тогда, когда магнитный поток через катушку (Б)_____. Если магнит остановить внутри катушки, ток (В)_____. Открыл это явление (Г)_____». Список: 1) электромагнитной индукцией; 2) электризацией; 3) изменяется; 4) остаётся постоянным; 5) прекратится; 6) возрастёт; 7) Фарадей; 8) Ом.
Показать решение по шагам
- 1. (А) Возникновение тока при изменении магнитного потока — электромагнитная индукция, 1.
- 2. (Б) Ток возникает, только когда поток изменяется — 3. Это главное условие явления.
- 3. (В) Остановили магнит — поток перестал меняться, значит, ток прекратится, 5.
- 4. (Г) Явление открыл Фарадей в 1831 году — 7. Ом дал закон для участка цепи, а не индукцию.
Ответ: 1357
Разбор примера
Задание 13: магнит вдвигают быстрее
Постоянный магнит вдвигают в замкнутую катушку. Во втором опыте тот же магнит вдвигают быстрее. Как изменятся при этом сила индукционного тока в катушке и направление этого тока? 1) увеличится (изменится на противоположное); 2) уменьшится; 3) не изменится.
Показать решение по шагам
- 1. Сила индукционного тока тем больше, чем быстрее меняется магнитный поток через катушку. Значит, при более быстром вдвигании ток увеличится — цифра 1.
- 2. Направление тока определяется тем, каким полюсом и в какую сторону движется магнит. Полюс и направление движения те же, значит, направление тока не изменится — цифра 3.
- 3. Ответ 13. Чтобы ток пошёл в другую сторону, надо либо выдвигать магнит, либо поднести к катушке другой полюс.
Ответ: 13
Разбор примера
Задание 16: два верных утверждения об индукции
Выберите два верных утверждения. 1) Индукционный ток возникает при любом изменении магнитного потока через замкнутый контур. 2) Индукционный ток возникает, если магнит неподвижно лежит внутри катушки. 3) На явлении электромагнитной индукции основана работа генератора электрического тока. 4) Индукционный ток не зависит от скорости движения магнита. 5) Для возникновения индукционного тока контур не обязан быть замкнутым.
Показать решение по шагам
- 1. 1) Плюс: условие возникновения тока — именно изменение магнитного потока, причём безразлично, чем оно вызвано: движением магнита, движением катушки или изменением тока в соседней обмотке.
- 2. 3) Плюс: генератор превращает механическую энергию вращения в электрическую именно за счёт индукции.
- 3. 2) Минус: неподвижный магнит потока не меняет, тока нет.
- 4. 4) Минус: чем быстрее движение, тем больше ток.
- 5. 5) Минус: ток может течь только по замкнутому контуру; в разомкнутом возникает лишь напряжение на концах. Верны 1 и 3.
Ответ: 13
Разбор примера
Задание 18: качественная задача к тексту про трансформатор
Прочитайте текст и выполните задание. «Трансформатор состоит из двух обмоток на общем железном сердечнике. Переменный ток в первичной обмотке создаёт переменный магнитный поток, который наводит напряжение во вторичной. На постоянном токе трансформатор не работает». Вопрос. Почему трансформатор не действует, если на первичную обмотку подать постоянное напряжение? Ответ поясните.
Показать решение по шагам
- 1. Что дано текстом: напряжение во вторичной обмотке наводит переменный магнитный поток.
- 2. Физическая причина: индукционное напряжение возникает только при изменении магнитного потока. Постоянный ток создаёт постоянный магнитный поток: он есть, но не меняется.
- 3. Следствие: изменения потока нет — индукции нет, во вторичной обмотке напряжение не возникает, прибор не работает. Ток идёт только в первичной обмотке и бесполезно греет её.
- 4. Проверка: в самый момент включения или выключения постоянного тока поток успевает измениться, и вторичная обмотка коротко «дёргает» напряжением — именно так работает система зажигания автомобиля. Это подтверждает, что дело именно в изменении потока.
Ответ: Постоянный ток даёт неизменный магнитный поток, а без изменения потока индукции нет
Разбор примера
Протокол опыта (формат задания 17): условия возникновения индукционного тока
Оборудование: катушка с большим числом витков, чувствительный гальванометр (цена деления 1 мА), полосовой магнит, соединительные провода. Выясните, при каких условиях в катушке возникает ток.
Показать решение по шагам
- 1. Что берут: катушку, замкнутую на гальванометр, полосовой магнит.
- 2. Что делают: проводят четыре опыта — быстро вводят магнит в катушку, оставляют его неподвижно внутри, быстро вынимают, вводят медленно. Каждый раз записывают наибольшее отклонение стрелки и его сторону.
- 3. Что наблюдают: магнит вводят быстро — (8 ± 1) мА вправо; магнит неподвижен внутри — 0 мА; магнит быстро вынимают — (8 ± 1) мА влево; магнит вводят медленно — (3 ± 1) мА вправо.
- 4. Как записывают результат: показания — с погрешностью в цену деления гальванометра; направление отклонения фиксируют словами, потому что знак тока прибор показывает стороной отклонения.
- 5. Вывод по конкретным числам: ток есть только при движении магнита (0 мА при неподвижном), его величина зависит от скорости движения (8 мА против 3 мА), а направление — от того, вводят магнит или вынимают (вправо против влево). Все три вывода вместе и есть условие возникновения индукционного тока: изменение магнитного потока через замкнутый контур.
Ответ: Ток возникает только при изменении потока; 8 мА при быстром движении, 3 мА при медленном, 0 при неподвижном магните
ℹ️ Спецификация КИМ ОГЭ-2026, раздел 5: «Проведение ОГЭ не содержит таких ограничений, поэтому в работу введено экспериментальное задание, выполняемое на реальном оборудовании». Магнитные опыты в перечень косвенных измерений задания 17 не входят, но приёмы те же: собрать установку, снять показания, записать результат с погрешностью и сделать вывод по конкретным числам.
Задание №для самопроверки в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Задание №для самопроверки в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Задание №для самопроверки в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.