Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
.05 Магнитное поле
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №25 электродинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#15811

На непроводящей горизонтальной поверхности стола проводящая жёсткая рамка массой m  из однородной тонкой проволоки, согнутая в виде квадрата ACDE  со стороной a  (см. рисунок). Рамка находится в однородном горизонтальном магнитном поле, вектор индукции ⃗B  которого перпендикулярен сторонам AE  и CD  и равен по модулю B  . По рамке против часовой стрелки протекает ток I  . При каком значении массы рамки она начнёт поворачиваться вокруг стороны CD  ?

PIC

Показать ответ и решение

На стороны рамки действует сила Ампера. Сила Ампера равна:

F = IBlsin φ,

где I  – сила тока через проводник, B  – индукция магнитного поля, l  – длина проводника, φ  – угол между направлением вектора индукции магнитного поля ⃗B  и направлением тока.
Так как ток протекает по горизонтальным сторонам CA  и DE  рамки параллельно вектору магнитной индукции (φ =0  ), то на горизонтальные стороны не действует сила Ампера. Определим ее направление по правилу Левой руки.

PIC

Определим силы Ампера, действующие на стороны рамки:
AE  , FA1 = IaB sin α= IaB sin90∘ = IaB  ;
CD  , FA2 = IaBsin α= IaB sin90∘ = IaB  .
Также на рамку действует сила реакции опоры N  на сторону CD  и сила тяжести mg  , направленная вниз (см. рис.) она приложена в геометрическом центре фигуры.
Суммарный момент этих сил относительно оси CD  :

                      h                   h
MA = FA1⋅h − FA2 ⋅0− mg2-+ N ⋅0= IaB ⋅h − mg2.

Для того чтобы рамка начала поворачиваться вокруг оси CD, вращательный момент сил, действующих на рамку и направленных вверх, должен быть не меньше суммарного момента сил, направленных вниз.

IaB ⋅h− mg h-≥ 0⇔ IaB ⋅h≥ mg h⇒  m ≤ 2IaB-
          2                 2        g

Значит, начнет переворачиваться при     2IaB
m = --g--  .

Ответ:
Критерии оценки

Критерии проверки

3 балла ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение включающее следующие элементы:

I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: обосновано направление сил Ампера, действующих на стороны рамки по правилу левой руки, записана формула, по которой можно расчитать силу Ампера, действующую на сторону рамки, записана формула момента силы, правило моментов)

II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов.

III) Проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями).

IV) Представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины.

2 балла ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:

Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ правильном решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.).

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)

1 балл ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.

Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!