23

Решение: Скорость стержня в магнитном поле

ЕГЭ · Физика · Задание 23 · Колебания и волны
ПовышеннаяФИПИ963FCFРазвёрнутое решение≈ 8 минутРазбор в 5 шагов
Условие

По двум горизонтальным параллельным проводящим рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением, замкнутым на последовательно соединённые резистор с сопротивлением $R = 1\ \text{Ом}$ и катушку с индуктивностью $L = 10\ \text{мГн}$, скользит поступательно и равномерно проводящий стержень. Расстояние между рельсами $l = 10\ \text{см}$. Рельсы со стержнем находятся в вертикальном однородном магнитном поле с индукцией $B = 1\ \text{Тл}$. Энергия магнитного поля катушки постоянна и равна $W = 8\ \text{мкДж}$. Каков модуль скорости движения стержня? Сопротивлением стержня и катушки пренебречь. Рельсы закреплены на диэлектрической подложке.

Дайте развернутый ответ.

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

5 шагов
1

Так как стержень движется равномерно, сила тока в цепи постоянна. Энергия магнитного поля катушки выражается через силу тока:

$$W = \frac{LI^2}{2}$$
2

Определим силу тока в цепи:

$$I = \sqrt{\frac{2W}{L}} = \sqrt{\frac{2 \cdot 8 \cdot 10^{-6}}{10 \cdot 10^{-3}}} = 0{,}04\ \text{А}$$
3

Движение стержня в магнитном поле создаёт ЭДС индукции:

$$\mathcal{E} = Blv$$
4

Поскольку сопротивлением рельсов, стержня и катушки можно пренебречь, падение напряжения происходит только на резисторе. Поэтому:

$$\mathcal{E} = IR$$

Приравняем выражения для ЭДС и найдём скорость стержня:

$$v = \frac{IR}{Bl} = \frac{0{,}04 \cdot 1}{1 \cdot 0{,}10} = 0{,}4\ \text{м/с}$$
Ответ

Модуль скорости движения стержня равен $0{,}4\ \text{м/с}$.

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

Где здесь ошибаются

Используют энергию катушки как $W = LI^2$, забывая множитель $\dfrac{1}{2}$.

Не переводят $L = 10\ \text{мГн}$ и $l = 10\ \text{см}$ в единицы СИ.

Используют сопротивление катушки или стержня, хотя по условию им можно пренебречь.

Закрепить приёмВ теме «Колебания и волны» ещё 168 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 23 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Колебания и волны»: в ней 169 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.