Задание 21 ЕГЭ по физике · 13B30B
Движение рамки в магнитном поле
Небольшую рамку с постоянным током удерживают неподвижно в поле полосового магнита (см. рисунок). Полярность подключения источника тока к выводам рамки показана на рисунке. Опишите движение рамки относительно неподвижной оси MО после того, как её отпустят. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения. Считать, что рамка испытывает небольшое сопротивление движению со стороны воздуха. ЭДС индукции, возникающей в рамке, и колебаниями рамки пренебречь.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
В пространстве вне магнита линии магнитного поля направлены от северного полюса N к южному полюсу S. Следовательно, в области рамки магнитное поле направлено от магнита в сторону южного полюса.
B⃗:N→S
По указанной полярности источника определяют направление тока в сторонах рамки. На проводники с током действует сила Ампера F⃗=Il⃗×B⃗. Силы на противоположных сторонах рамки направлены противоположно и образуют пару сил.
F⃗=Il⃗×B⃗
Пара сил создаёт момент относительно оси MO. Направление момента определяется векторным произведением магнитного момента рамки на индукцию магнитного поля.
τ⃗=m⃗×B⃗
После освобождения рамка начнёт вращаться вокруг оси MO в направлении действия этого момента. Вращение будет происходить до положения, в котором магнитный момент рамки направлен вдоль внешнего магнитного поля, поскольку это положение соответствует минимуму потенциальной энергии.
U=−m⃗⋅B⃗
Сопротивление воздуха уменьшает механическую энергию вращения. Поэтому рамка не будет продолжать вращаться равномерно, а постепенно остановится в положении устойчивого равновесия. Колебаниями и ЭДС индукции по условию можно пренебречь.
B⃗:N→S
По указанной полярности источника определяют направление тока в сторонах рамки. На проводники с током действует сила Ампера F⃗=Il⃗×B⃗. Силы на противоположных сторонах рамки направлены противоположно и образуют пару сил.
F⃗=Il⃗×B⃗
Пара сил создаёт момент относительно оси MO. Направление момента определяется векторным произведением магнитного момента рамки на индукцию магнитного поля.
τ⃗=m⃗×B⃗
После освобождения рамка начнёт вращаться вокруг оси MO в направлении действия этого момента. Вращение будет происходить до положения, в котором магнитный момент рамки направлен вдоль внешнего магнитного поля, поскольку это положение соответствует минимуму потенциальной энергии.
U=−m⃗⋅B⃗
Сопротивление воздуха уменьшает механическую энергию вращения. Поэтому рамка не будет продолжать вращаться равномерно, а постепенно остановится в положении устойчивого равновесия. Колебаниями и ЭДС индукции по условию можно пренебречь.
Пример ответа
Рамка начнёт вращаться вокруг оси MO под действием момента сил Ампера в направлении, при котором её магнитный момент m устанавливается вдоль внешнего поля B. Из-за сопротивления воздуха вращение затухает, и рамка остановится в положении устойчивого равновесия.
Источник: Открытый банк ФИПИ 13B30B
Похожие задания
21В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается зелёным светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис.…Изменение фототока при фиолетовом свете · 00B1EF21Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от…Равновесие капли в конденсаторе · 075D3921К колебательному контуру подсоединили источник тока, на клеммах которого напряжение гармонически меняется с…Зависимость тока от индуктивности · 0A303921На рисунке 1 приведена зависимость внутренней энергии U 1 моль идеального одноатомного газа от его давления р…Переход из координат U–p в p–V · 0A953321Линзу удерживают на расстоянии 3 см от тетрадного листа с клетками, на котором нарисованы направленные в одну…Определение фокусного расстояния линзы · 0B795A21Батарея из четырёх конденсаторов электроёмкостью С1 = 2С, С2 = С, С3 = 4С и С4 = 2С подключена к источнику…Энергия батареи конденсаторов · 0C59AA
Нужен репетитор по физике?
Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.
Готовьтесь к ЕГЭ по физике в Precettore
Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.