Задание 25 ЕГЭ по физике · 2B0E26
Сила магнитного поля на контур
Из никелиновой проволоки с удельным сопротивлением ρ = 42·10 –8 Ом·м и площадью поперечного сечения S = 0,2 мм2 изготовлен прямоугольный контур KLMN с диагональю KM (см. рисунок). Стороны прямоугольника KL=l1=20 см и LM=l2=15 см. Контур подключён за диагональ KM к источнику постоянного напряжения с ЭДС E=1,5 В и помещён в однородное магнитное поле, вектор магнитной индукции которого параллелен сторонам KL и NM и равен по модулю 0,1 Тл. Чему равен модуль результирующей сил, с которыми магнитное поле действует на контур? Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на сто́роны контура и его диагональ со стороны магнитного поля. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
После подключения источника к точкам K и M образуются три параллельные ветви: ветвь KLM, ветвь KNM и диагональ KM.
Удельное сопротивление проволоки на единицу длины равно:
ρS=4,2⋅10−72⋅10−7=2,1 Ом/м
Сопротивление каждой боковой ветви прямоугольного контура:
R1=R2=ρ(l1+l2)S=2,1⋅(0,20+0,15)=0,735 Ом
Длина диагонали и её сопротивление:
d===0,25 м,Rd=ρdS=2,1⋅0,25=0,525 Ом
Эквивалентное сопротивление параллельного соединения:
1Rэкв=10,735+10,735+10,525,Rэкв≈0,216 Ом
Суммарный ток, выходящий из источника:
IΣ=ERэкв=1,50,216≈6,94 А
На участки KL и NM сила Ампера не действует, поскольку ток в них параллелен магнитному полю. На вертикальные участки и диагональ действуют силы. Их направления совпадают: по правилу левой руки силы на LM, KN и KM направлены перпендикулярно плоскости контура в одну сторону.
Суммарная сила равна силе, соответствующей суммарному току, умноженному на вертикальную составляющую длины проводников, равную l2:
FΣ=Bl2IΣ=0,1⋅0,15⋅6,94≈1,04⋅10−1 Н
Удельное сопротивление проволоки на единицу длины равно:
ρS=4,2⋅10−72⋅10−7=2,1 Ом/м
Сопротивление каждой боковой ветви прямоугольного контура:
R1=R2=ρ(l1+l2)S=2,1⋅(0,20+0,15)=0,735 Ом
Длина диагонали и её сопротивление:
d===0,25 м,Rd=ρdS=2,1⋅0,25=0,525 Ом
Эквивалентное сопротивление параллельного соединения:
1Rэкв=10,735+10,735+10,525,Rэкв≈0,216 Ом
Суммарный ток, выходящий из источника:
IΣ=ERэкв=1,50,216≈6,94 А
На участки KL и NM сила Ампера не действует, поскольку ток в них параллелен магнитному полю. На вертикальные участки и диагональ действуют силы. Их направления совпадают: по правилу левой руки силы на LM, KN и KM направлены перпендикулярно плоскости контура в одну сторону.
Суммарная сила равна силе, соответствующей суммарному току, умноженному на вертикальную составляющую длины проводников, равную l2:
FΣ=Bl2IΣ=0,1⋅0,15⋅6,94≈1,04⋅10−1 Н
Пример ответа
Модуль результирующей силы равен F_Σ≈0,104 Н. На сторонах KL и NM сил нет; силы на LM, KN и диагонали KM направлены в одну сторону перпендикулярно плоскости контура.
Источник: Открытый банк ФИПИ 2B0E26
Похожие задания
25Электромагнитное излучение с длиной волны 3,3 ⋅ 10^( – 7) м используется для нагревания воды. Какую массу…Нагревание воды фотонами · 002D3A25Плоская монохроматическая световая волна с длиной волны 400 нм падает по нормали на дифракционную решётку.…Период дифракционной решётки · 01C99325Ион с зарядом q=3,2⋅10^(−19) Кл и массой m=1,5⋅10^(−25) кг проходит ускоряющую разность потенциалов U=2 кВ и…Радиус движения иона · 030E6825В электрической цепи, схема которой показана на рисунке, R1=R, R2=2R, r=0,5R. Когда ключ К разомкнут, на…Мощность в разветвлённой цепи · 05618D25Сила тока в идеальном колебательном контуре меняется со временем так, как показано на рисунке. Определите…Заряд конденсатора в контуре · 07189425На рисунке показана схема электрической цепи, состоящей из источника тока с ЭДС ℰ=12 В и внутренним…Теплота при разряде конденсатора · 0B939C
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.