Вариант 4, страница 6 - гдз по физике 11 класс самостоятельные и контрольные работы Ерюткин, Ерюткина

Самостоятельная работа № 1. Сила Ампера. Правило левой руки. Магнитное поле. Электромагнитная индукция. Основы электродинамики - страница 6.

Условие.

Вариант 4

1. На проводник длиной 50 см действует сила 0,5 Н. Проводник находится в магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Чему равен угол между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока, если сила тока в проводнике 20 А?

2. Определите расположение полюсов магнита относительно провода с током в ситуации, изображённой на рисунке. $I$, $\vec{F}_A$

Решение.

1.

Дано:

$l = 50$ см
$F_A = 0,5$ Н
$B = 0,1$ Тл
$I = 20$ А

$l = 50 \text{ см} = 0,5 \text{ м}$

Найти:

$\alpha$ - ?

Решение:

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (сила Ампера), вычисляется по формуле:

$F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$

где $F_A$ – сила Ампера, $I$ – сила тока, $B$ – индукция магнитного поля, $l$ – длина проводника, а $\alpha$ – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

Чтобы найти угол $\alpha$, выразим из формулы $\sin(\alpha)$:

$\sin(\alpha) = \frac{F_A}{I \cdot B \cdot l}$

Подставим числовые значения из условия задачи, используя данные в системе СИ:

$\sin(\alpha) = \frac{0,5 \text{ Н}}{20 \text{ А} \cdot 0,1 \text{ Тл} \cdot 0,5 \text{ м}} = \frac{0,5}{1} = 0,5$

Зная синус угла, находим сам угол:

$\alpha = \arcsin(0,5) = 30^\circ$

Ответ: угол между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока равен $30^\circ$.

2.

Решение:

Для определения расположения полюсов магнита необходимо найти направление вектора магнитной индукции $\vec{B}$. Воспользуемся правилом левой руки для силы Ампера.

Правило гласит: если расположить левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца были направлены по току ($I$), а вектор магнитной индукции ($\vec{B}$) входил в ладонь, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы Ампера ($F_A$).

Применим это правило к нашей задаче, зная направления тока и силы:

1. Располагаем четыре пальца левой руки по направлению тока $I$, то есть вправо.

2. Поворачиваем кисть так, чтобы большой палец указывал направление силы Ампера $F_A$, то есть вниз.

В таком положении ладонь левой руки будет обращена к нам (из плоскости рисунка). Поскольку вектор магнитной индукции $\vec{B}$ должен входить в ладонь, он направлен из-за плоскости рисунка на наблюдателя.

Линии магнитной индукции по определению выходят из северного полюса (N) магнита и входят в южный полюс (S). Следовательно, чтобы создать поле, направленное на нас, северный полюс магнита должен находиться за проводом (за плоскостью рисунка), а южный полюс — перед проводом (перед плоскостью рисунка).

Ответ: северный полюс магнита расположен за плоскостью рисунка (за проводом), а южный полюс — перед плоскостью рисунка (перед проводом).