Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
.06 Электромагнитная индукция
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#26356

По длинным параллельным проводящим горизонтальным рельсам, находящимся на расстоянии l  друг от друга, может без трения скользить, не теряя электрического контакта и оставаясь перпендикулярной рельсам, проводящая перемычка (на рисунке изображён вид сверху). Рельсы соединены через резистор с сопротивлением r  и идеальную батарею с ЭДС ℰ     . Сопротивлением остальных участков цепи можно пренебречь. Система находится в вертикальном постоянном однородном магнитном поле с индукцией   B  , перпендикулярном плоскости рисунка. Если к перемычке приложить параллельно рельсам силу F  , то перемычка будет оставаться неподвижной, а при вдвое большей силе (в том же направлении) через некоторое время устанавливается равномерное движение перемычки со скоростью v  . Найдите величину и направление скорости v  . Считайте заданными ℰ = 2 В  , B = 1 Т л  и l = 40 см  .

PIC

Показать ответ и решение

На перемычку действует сила Ампера, равная

FA = IBl,

где I  – сила тока в контуре.
По правилу левой руки определяем силу Ампера, для этого 4 пальца направляем по току, а ладонь направляем так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, значит, сила Ампера направлена влево. Сначала перемычку удерживают, так как в ней протекает ток и возникает сила Ампера, старающаяся сдвинуть перемычку влево, следовательно, силу F  надо прикладывать вправо. Запишем второй закон Ньютона:

⃗F  + ⃗F =m ⃗a ,
 A1        1

где a1 = 0  – ускорение перемычки.
Спроецируем второй закон Ньютона на горизонтальную ось:

FA1 = BI1l = F

При этом сила тока по закону Ома равна:

I1 = ℰ
    r

При движении проводника происходит изменение магнитного потока, значит, по правилу Ленца в контуре будет возникает индукционный ток с таким направлением, чтобы препятствовать изменению магнитного потока контура, значит, направление вектора ⃗
Bi  (магнитное поле, создаваемое индукционным током) направлено противоположно вектору магнитной индукции B⃗ . Для определения тока в контуре воспользуемся правилом правой руки (буравчика), для этого направляем по вектору Bi  большой палец, а 4 согнутых пальца покажут направление индукционного тока, в данном случае он направлен по часовой стрелки. Так как ЭДС индукции и ЭДС источника сонаправлены, то новая сила тока в цепи равна:

I = ℰ-+-ℰi,
 2    r

где ℰi  – ЭДС индукции.
ЭДС индукции можно найти по формуле:

ℰi = Bvl.

Значит

   ℰ + Bvl
I =---r---.

И возникает новая сила Ампера:

FA2 = BI2l.

Запишем второй закон Ньютона для перемычки:

F⃗A2+ 2⃗F = ma⃗2,

где a2  – ускорение перемычки. Так как скорость у перемычки установившаяся, то a2 = 0  . Спроецируем второй закон Ньютона на горизонтальную ось:

FA2 − 2F = 0⇒ BI2l =2BI1l ⇒ I2 = 2I1.

Так как сила тока увеличивается в 2 раза, то ЭДС индукции должна направляться в ту же сторону, что и ЭДС источника, значит

ℰ +-ℰi= 2ℰ-⇒ ℰi = ℰ.
  r      r

Откуда искомая скорость:

    ℰi   ℰ       2 В
v = Bl = Bl = 1-Тл⋅0,4 м-= 5 м/с
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: второй закон Ньютона в векторной форме и в проекции на координатную ось, формула силы Ампера, закон Ома для замкнутой цепи, второе правило Кирхгофа, формула для ЭДС индукции в прямолинейном проводнике движущемся в магнитном поле)

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. (введены обозначения для величин не входящих в КИМы)

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 решении 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!