25

Решение: Движение перемычки в магнитном поле

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Магнитное поле и индукция
ВысокаяФИПИ2BD5C8Развёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 7 шагов
Условие

Металлический стержень, согнутый в виде буквы П, закреплён в горизонтальном положении (см. рисунок). На параллельные стороны стержня опирается концами перпендикулярная перемычка прямоугольного поперечного сечения массой 370 г и длиной 1 м. Сопротивление перемычки равно 0,025 Ом. Вся система находится в однородном вертикальном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Какую горизонтальную силу нужно приложить к перемычке, чтобы двигать её с постоянной скоростью 2 м/с, если коэффициент трения между стержнем и перемычкой равен 0,2? Сопротивлением стержня пренебречь. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на перемычку.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

7 шагов
1

При движении перемычки в магнитном поле в ней возникает ЭДС индукции.

$$\mathcal{E}=Blv$$
2

Так как сопротивлением стержня можно пренебречь, сопротивление цепи равно сопротивлению перемычки. Сила индукционного тока равна:

$$I=\frac{\mathcal{E}}{R}=\frac{Blv}{R}$$
3

На перемычку со стороны магнитного поля действует сила Ампера. По правилу Ленца она направлена против движения перемычки.

$$F_\text{А}=BIl=\frac{B^2l^2v}{R}$$
4

Подставим значения и найдём силу Ампера:

$$F_\text{А}=\frac{(0{,}1)^2\cdot1^2\cdot2}{0{,}025}=0{,}8\ \text{Н}$$
5

Сила трения скольжения направлена против движения:

$$F_\text{тр}=\mu mg=0{,}2\cdot0{,}370\cdot9{,}8\approx0{,}73\ \text{Н}$$
6

Перемычка движется равномерно, поэтому приложенная сила уравновешивает силу трения и силу Ампера:

$$F=F_\text{тр}+F_\text{А}\approx0{,}73+0{,}8=1{,}53\ \text{Н}$$

На рисунке нужно показать силу тяжести $mg$ вниз, реакцию опоры $N$ вверх, приложенную силу вправо, а силу трения и силу Ампера — влево.

Ответ

F\approx1{,}5\ \text{Н}; сила приложена по направлению движения перемычки.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Не учитывают силу Ампера, возникающую из-за индукционного тока.

Направляют силу Ампера по движению вместо противоположного направления.

Вычитают силу трения из силы Ампера, хотя обе силы сопротивляются движению.

Используют только силу трения и получают ответ около $0{,}73\ \text{Н}$.

Закрепить приёмВ теме «Магнитное поле и индукция» ещё 202 задачи — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 7 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Магнитное поле и индукция»: в ней 203 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.