21

Решение: Сила Ампера на проводнике

ЕГЭ · Физика · Задание 21 · Магнитное поле и индукция
ПовышеннаяФИПИ61944AРазвёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 6 шагов
Условие

На горизонтальном столе лежит прямой проводник длиной 60 см и массой 40 г. В области стола создано однородное вертикальное магнитное поле. На рисунке показаны сечение проводника, направление тока и вектор магнитной индукции. Если через проводник пропускать достаточно большой ток, то проводник скользит по столу, двигаясь поступательно. Какова индукция магнитного поля, если при силе тока 10 А проводник движется равномерно? Коэффициент трения между проводником и поверхностью стола равен 0,3. Сделайте схематичный рисунок с указанием сил, действующих на проводник.

Иллюстрация к условию

Направление тока в проводнике и вертикальное магнитное поле. Саму картинку ещё готовим — у остальных задач темы она на месте.

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

6 шагов
1

На проводник действуют сила тяжести $mg$ вниз и реакция опоры $N$ вверх. Так как вертикального движения нет, $N = mg$.

$$N = mg$$
2

Сила Ампера направлена горизонтально. По правилу левой руки или по векторному произведению $\vec F_A = I\vec l \times \vec B$ при направлении тока вглубь рисунка и вертикальном направлении магнитного поля сила Ампера направлена вправо.

3

Сила трения направлена противоположно движению проводника, то есть влево. При равномерном движении сила Ампера и сила трения равны по модулю.

$$F_A = F_{тр}$$
4

Модуль силы Ампера равен $F_A = BIl$, а сила трения равна $F_{тр} = \mu N = \mu mg$.

$$BIl = \mu mg$$
5

Подставим значения: $m = 40\ \text{г} = 0{,}04\ \text{кг}$, $l = 60\ \text{см} = 0{,}60\ \text{м}$.

$$B = \frac{\mu mg}{Il} = \frac{0{,}3 \cdot 0{,}04 \cdot 9{,}8}{10 \cdot 0{,}60} = 0{,}0196\ \text{Тл}$$

На схеме следует показать силу тяжести вниз, реакцию опоры вверх, силу Ампера вправо и силу трения влево.

Ответ

Индукция магнитного поля $B \approx 0{,}02\ \text{Тл}$; сила Ампера направлена вправо, сила трения — влево, сила тяжести — вниз, реакция опоры — вверх.

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

Где здесь ошибаются

Не учитывают, что при равномерном движении сила Ампера уравновешивается силой трения.

Неверно определяют направление силы Ампера.

Не переводят массу из граммов в килограммы и длину из сантиметров в метры.

Используют $N = mg$ без объяснения равновесия по вертикали.

Не указывают на рисунке все четыре силы.

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

Как решать задание 21 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 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.