Номер 839, страница 110 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

839. На рисунке 91 представлены различные случаи взаимодействия магнитного поля с током. Сформулировать задачу для каждого из приведённых случаев и решить её.

В данной задаче необходимо для каждого случая, представленного на рисунке, сформулировать задачу и решить её, то есть определить направление неизвестного вектора (силы Ампера $\vec{F}$, индукции магнитного поля $\vec{B}$ или тока $I$), используя правило левой руки.

Правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока $I$ в проводнике, то отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы Ампера $\vec{F}$, действующей на проводник.

Условные обозначения:

• Кружок с точкой (⊙) означает, что вектор направлен из плоскости рисунка на наблюдателя.
• Кружок с крестиком (⊗) означает, что вектор направлен в плоскость рисунка от наблюдателя.
• Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ направлены от северного полюса (N) к южному (S).

а) Задача: Проводник с током находится в магнитном поле между полюсами магнита. Определить направление силы Ампера, действующей на проводник.

Решение

Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ направлены от северного полюса N к южному S, то есть вправо. Ток $I$ в проводнике направлен на нас (⊙). Располагаем левую руку так, чтобы вектор $\vec{B}$ входил в ладонь (ладонью к северному полюсу, то есть влево), а четыре пальца указывали направление тока (на нас). Тогда отогнутый большой палец укажет вверх. Следовательно, сила Ампера $\vec{F}$ направлена вверх.

Ответ: Сила Ампера направлена вверх.

б) Задача: Проводник с током находится в магнитном поле между полюсами магнита. Определить направление силы Ампера, действующей на проводник.

Решение

Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ направлены от северного полюса N (снизу) к южному S (сверху), то есть вверх. Ток $I$ в проводнике направлен от нас (⊗). Располагаем левую руку так, чтобы вектор $\vec{B}$ входил в ладонь (ладонью вниз), а четыре пальца указывали направление тока (от нас). Тогда отогнутый большой палец укажет вправо. Следовательно, сила Ампера $\vec{F}$ направлена вправо.

Ответ: Сила Ампера направлена вправо.

в) Задача: Проводник с током находится в магнитном поле между полюсами магнита. Определить направление силы Ампера, действующей на проводник.

Решение

Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ направлены от северного полюса N (сверху) к южному S (снизу), то есть вниз. Ток $I$ в проводнике направлен вправо. Располагаем левую руку так, чтобы вектор $\vec{B}$ входил в ладонь (ладонью вверх), а четыре пальца указывали направление тока (вправо). Тогда отогнутый большой палец будет указывать вглубь рисунка (от нас). Следовательно, сила Ампера $\vec{F}$ направлена от нас (⊗).

Ответ: Сила Ампера направлена вглубь плоскости рисунка (от наблюдателя).

г) Задача: Проводник с током находится в однородном магнитном поле. Определить направление силы Ампера, действующей на проводник.

Решение

Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ направлены от нас (×). Ток $I$ в проводнике направлен вверх. Располагаем левую руку так, чтобы вектор $\vec{B}$ входил в ладонь (ладонью к нам), а четыре пальца указывали направление тока (вверх). Тогда отогнутый большой палец укажет влево. Следовательно, сила Ампера $\vec{F}$ направлена влево.

Ответ: Сила Ампера направлена влево.

д) Задача: Проводник находится в магнитном поле между полюсами магнита. На него действует сила Ампера $\vec{F}$, направленная вниз. Определить направление тока в проводнике.

Решение

Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ направлены от северного полюса N к южному S, то есть вправо. Сила Ампера $\vec{F}$ направлена вниз. Располагаем левую руку так, чтобы вектор $\vec{B}$ входил в ладонь (ладонью влево), а отогнутый большой палец указывал направление силы (вниз). Тогда четыре вытянутых пальца будут указывать направление тока. Они направлены вглубь рисунка (от нас). Следовательно, ток $I$ направлен от нас (⊗).

Ответ: Ток в проводнике направлен вглубь плоскости рисунка (от наблюдателя).

е) Задача: На проводник с током, направленным вправо, действует сила Ампера $\vec{F}$, направленная вверх. Определить направление линий индукции магнитного поля $\vec{B}$.

Решение

Ток $I$ в проводнике направлен вправо. Сила Ампера $\vec{F}$ направлена вверх. Располагаем левую руку так, чтобы четыре пальца указывали направление тока (вправо), а отогнутый большой палец — направление силы (вверх). В этом положении ладонь обращена вниз. Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ должны входить в ладонь, следовательно, они направлены из плоскости рисунка на нас. Таким образом, вектор $\vec{B}$ направлен на нас (⊙).

Ответ: Вектор индукции магнитного поля направлен из плоскости рисунка (на наблюдателя).

ж) Задача: Проводник с током, направленным от наблюдателя (⊗), помещен в магнитное поле. На проводник действует сила Ампера $\vec{F}$, направленная влево. Определить расположение полюсов магнита.

Решение

Ток $I$ в проводнике направлен от нас (⊗). Сила Ампера $\vec{F}$ направлена влево. Располагаем левую руку так, чтобы четыре пальца указывали направление тока (от нас), а отогнутый большой палец — направление силы (влево). В этом положении ладонь обращена вверх. Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ должны входить в ладонь, следовательно, они направлены сверху вниз. Поскольку линии $\vec{B}$ выходят из северного полюса (N) и входят в южный (S), верхний полюс является северным (N), а нижний — южным (S).

Ответ: Верхний полюс магнита — северный (N), нижний — южный (S).

з) Задача: Проводник с током помещен в однородное магнитное поле. Определить направление и величину силы Ампера, действующей на проводник.

Решение

Линии индукции магнитного поля $\vec{B}$ направлены на нас (•). Ток $I$ в проводнике направлен от нас (⊗). Направления тока и вектора магнитной индукции параллельны (антипараллельны). Сила Ампера определяется формулой $F = I \cdot L \cdot B \cdot \sin(\theta)$, где $\theta$ — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. В данном случае угол $\theta = 180^\circ$. Поскольку $\sin(180^\circ) = 0$, то и сила Ампера равна нулю.

Ответ: Сила Ампера равна нулю, так как проводник с током расположен параллельно линиям магнитной индукции.