Расчётная задача высокого уровня по электродинамике · 56 заданий
- Задание №25№25
Главная оптическая ось тонкой собирающей линзы с фокусным расстоянием F = 20 см и точечный источник света S находятся в плоскости рисунка. Точка S нах…
Ход луча, прошедшего линзу под произвольным углом к…
- Задание №25№25
В дно водоёма глубиной 3 м вертикально вбита свая, целиком скрытая под водой. Угол падения солнечных лучей на поверхность воды равен 30°. Свая отбрасы…
Законы преломления света
- Задание №25№25
Точечный источник света движется со скоростью v по окружности вокруг главной оптической оси собирающей линзы в плоскости, параллельной плоскости линзы…
Формула тонкой линзы
- Задание №25№25
Тонкая собирающая линза с фокусным расстоянием F находится между двумя точечными источниками света на расстоянии d = 15 см от одного из них. Источники…
Формула тонкой линзы
- Задание №25№25
Груз на пружине совершает гармонические колебания перпендикулярно главной оптической оси собирающей линзы с оптической силой 5 дптр (см. рисунок). С п…
Собирающие и рассеивающие линзы
- Задание №25№25
На двойном фокусном расстоянии от рассеивающей линзы с оптической силой −10 дптр на её главной оптической оси расположен точечный источник света. Линз…
Собирающие и рассеивающие линзы
- Задание №25№25
Нижняя грань AC прозрачного клина посеребрена и представляет собой плоское зеркало. Угол при вершине клина α = 30°. Луч света падает из воздуха на кли…
Законы отражения света
- Задание №25№25
Математический маятник совершает колебания в плоскости рисунка с амплитудой A = 1 см. Равновесное положение нити маятника находится на расстоянии l =…
Собирающие и рассеивающие линзы
- Задание №25№25
Равнобедренный прямоугольный треугольник ABC расположен перед тонкой собирающей линзой оптической силой 2,5 дптр так, что его катет AC лежит на главно…
Собирающие и рассеивающие линзы
- Задание №25№25
Квадрат со стороной a = 20 см расположен в плоскости главной оптической оси тонкой собирающей линзы с оптической силой D = 2 дптр так, что две его сто…
Собирающие и рассеивающие линзы
- Задание №25№25
В закрытом сосуде постоянного объёма находился воздух при нормальных условиях. Его нагрели электрическим нагревателем, сила тока в котором I = 2 А при…
Работа электрического тока. Закон Джоуля – Ленца
- Задание №25№25
Металлический стержень, согнутый в виде буквы П, закреплён в горизонтальном положении (см. рисунок). На параллельные стороны стержня опирается конц…
Сила Ампера, её направление и величина
По горизонтальным шероховатым рельсам с пренебрежимо малым электрическим сопротивлением могут скользить два одинаковых стержня сопротивлением R. Расстояние между рельсами l = 10 см. Рельсы со стержнями находятся в однородном вертикальном магнитном поле с индукцией В = 2 Тл (см. рис.). Если на первый стержень действует горизонтальная сила F = 0,5 Н, направленная вдоль рельсов, оба стержня движутся поступательно равномерно с разными скоростями. При этом скорость движения первого стержня относительно второго равна vотн = 0, 75 м/с. Определите сопротивление R одного стержня. Самоиндукцией контура пренебречь.

Решение
Решение:
Обозначения. R — искомое сопротивление одного стержня (стержни одинаковы); l=10 см =0,1 м — расстояние между рельсами (длина участка стержня в поле); B=2 Тл — модуль индукции вертикального магнитного поля; F=0,5 Н — горизонтальная сила, приложенная к первому стержню вдоль рельсов; vотн=0,75 м/с — модуль скорости первого стержня относительно второго; v1,v2 — модули скоростей стержней относительно рельсов; m — масса одного стержня; μ — коэффициент трения стержня о рельсы; Fтр — модуль силы трения, действующей на стержень; E — ЭДС индукции в контуре; I — сила индукционного тока; FA — модуль силы Ампера, действующей на стержень.
1. ЭДС индукции. Контур образован двумя стержнями и участками рельсов между ними. Его площадь S=lx, где x — расстояние между стержнями, а магнитный поток через контур (поле вертикально, плоскость контура горизонтальна)
Φ=BS=Blx.
По закону электромагнитной индукции Фарадея
∣E∣=ΔtΔΦ=BlΔtΔx=Bl∣v1−v2∣=Blvотн.
Именно относительная скорость определяет ЭДС: при одинаковых скоростях площадь контура не менялась бы и тока не было бы.
2. Сила тока. Самоиндукцией пренебрегаем, сопротивление рельсов равно нулю, стержни включены в контур последовательно, поэтому полное сопротивление контура равно 2R, и по закону Ома для замкнутой цепи
I=2R∣E∣=2RBlvотн.
3. Силы Ампера. Оба стержня несут один и тот же ток I, имеют одинаковую длину l в поле и перпендикулярны вертикальному полю B, поэтому модули действующих на них сил Ампера одинаковы:
FA=BIl.
По правилу Ленца индукционный ток препятствует изменению площади контура: на первый стержень сила Ампера действует против его движения относительно второго (тормозит), а на второй — в сторону движения первого (тянет его вслед).
4. Динамика стержней. Оба стержня движутся поступательно равномерно, значит, равнодействующая сил на каждом равна нулю (первый закон Ньютона). Стержни одинаковы, оба скользят по рельсам, поэтому нормальные реакции N=mg и модули сил трения скольжения Fтр=μmg у них одинаковы.
Второй стержень (на него действуют только сила Ампера и трение вдоль рельсов):
FA−Fтр=0⇒Fтр=FA.
Первый стержень (внешняя сила, сила Ампера и трение):
F−FA−Fтр=0⇒F=FA+Fтр=2FA.
Отсюда
FA=2F=20,5=0,25 Н.
5. Находим сопротивление. Подставим I в выражение для силы Ампера:
FA=Bl⋅2RBlvотн=2RB2l2vотн=2F,
R=FB2l2vотн.
6. Расчёт.
R=0,522⋅(0,1)2⋅0,75=0,54⋅0,01⋅0,75=0,50,03=0,06 Ом.
Проверка: ∣E∣=2⋅0,1⋅0,75=0,15 В, I=2⋅0,060,15=1,25 А, FA=2⋅1,25⋅0,1=0,25 Н =2F — согласовано.
Ответ: R=FB2l2vотн=0,06 Ом =60 мОм.