Задание 25 ЕГЭ по физике · A92B94
Сила тока в наклонных рельсах
На проводящих рельсах, проложенных по наклонной плоскости, в однородном вертикальном магнитном поле B⃗ находится горизонтальный прямой проводник прямоугольного сечения массой m=20 г (см. рисунок). Плоскость наклонена к горизонту под углом α=30°, модуль индукции магнитного поля B=0,04 Тл, расстояние между рельсами L=40 см. Когда рельсы подключены к источнику тока, по проводнику течёт постоянный ток I, и проводник поступательно движется вверх по рельсам равномерно и прямолинейно. Коэффициент трения между проводником и рельсами μ=0,2. Чему равна сила тока I? Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на проводник.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
На проводник действуют сила тяжести mg⃗, реакция рельсов N⃗, сила трения F⃗тр, направленная вниз по наклонной плоскости, и сила Ампера F⃗A, направленная вверх по рельсам. Так как движение равномерное, равнодействующая сил равна нулю.
FA=IBL
Сила Ампера горизонтальна. Её составляющая вдоль наклонной плоскости равна FAcosα, а составляющая, прижимающая проводник к плоскости, равна FAsinα.
N=mgcosα+FAsinα
Запишем второй закон Ньютона в направлении вдоль наклонной плоскости. Сила трения равна Fтр=μN.
FAcosα=mgsinα+μ(mgcosα+FAsinα)
Выразим силу Ампера из полученного уравнения.
FA=mg(sinα+μcosα)cosα−μsinα
Подставим значения m=0,020 кг, g=10 м/с2, α=30°, μ=0,2.
FA=0,020⋅10⋅(0,5+0,2⋅0,866)0,866−0,2⋅0,5≈0,176 Н
Из закона Ампера FA=IBL найдём силу тока.
I=FABL=0,1760,04⋅0,40≈11 А
FA=IBL
Сила Ампера горизонтальна. Её составляющая вдоль наклонной плоскости равна FAcosα, а составляющая, прижимающая проводник к плоскости, равна FAsinα.
N=mgcosα+FAsinα
Запишем второй закон Ньютона в направлении вдоль наклонной плоскости. Сила трения равна Fтр=μN.
FAcosα=mgsinα+μ(mgcosα+FAsinα)
Выразим силу Ампера из полученного уравнения.
FA=mg(sinα+μcosα)cosα−μsinα
Подставим значения m=0,020 кг, g=10 м/с2, α=30°, μ=0,2.
FA=0,020⋅10⋅(0,5+0,2⋅0,866)0,866−0,2⋅0,5≈0,176 Н
Из закона Ампера FA=IBL найдём силу тока.
I=FABL=0,1760,04⋅0,40≈11 А
Пример ответа
Сила тока в проводнике равна примерно 11 А; на рисунке следует указать силы mg, N, F_(тр) и F_A.
Источник: Открытый банк ФИПИ A92B94
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.