Электрическое поле, магнитное поле. Принцип суперпозиции электрических полей, магнитное поле проводника с током, сила Ампера, сила Лоренца, правило Ленца
В. З. Шапиро
В задании 13 проверяются знания по теме «Электродинамика». Это задание относится к базовому уровню проверки знаний. Задачи носят качественный характер, в которых ответ необходимо записать словом (словами).
1. На рисунке показаны сечения двух параллельных длинных прямых проводников и направления токов в них.
Сила тока I1 в первом проводнике больше силы тока I2 во втором. Куда направлен относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вектор индукции магнитного поля этих проводников в точке А, расположенной точно посередине между проводниками? Ответ запишите словом (словами).
Ответ: ______________ _____________.
Необходимая теория: Магнитное поле. Линии
Согласно правилу буравчика, определим направление силовых линий магнитного поля, которое создано каждым током.
Вектор магнитной индукции направлен по касательной к силовой линии магнитного поля в данной точке (см. рис.)
Сложение двух векторов \(\overrightarrow{B_1}\) и \(\overrightarrow{B_2}\) даст результирующий вектор, который направлен вертикально вверх, так как магнитное поле тока I1 сильнее магнитного поля тока I2. Соответственно, вектор \(\overrightarrow{B_1}\) больше по модулю вектора \(\overrightarrow{B_2}.\)
Ответ: вверх.
Секрет решения. В подобных задачах, если нет специальных оговорок, рисунок в условии задается в вертикальной плоскости. Можно представить, что он расположен также, как монитор компьютера (строго вертикально). Ответ необходимо давать именно относительно вертикальной плоскости.
Направление магнитных линий вокруг проводника с током лучше определять по правилу буравчика. Безусловно, можно воспользоваться и правилом правой руки, но только в том случае, если существует четкое разграничение в применении правил правой и левой руки.
2. Заряд + q > 0 находится на равном расстоянии от неподвижных точечных зарядов + Q > 0 и – Q, расположенных на концах тонкой стеклянной палочки (см. рисунок). Куда направлено (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) ускорение заряда + q в этот момент времени, если на него действуют только заряды + Q и – Q? Ответ запишите словом (словами).
Ответ: _________________________ .
Необходимая теория: Электрический заряд
Результат взаимодействия электрических зарядов зависит от знака самих зарядов. Так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные –притягиваются, то на заряд +q будут действовать силы F1 и F2 (см.рис.) Модули этих сил равны на основании закона Кулона.
Векторное сложение указанных сил дает равнодействующую силу, направленную вправо.
Ответ: вправо.
Секрет решения. Решение задач по электростатике по темам «Закон Кулона», «Напряженность электростатического поля», «Принцип суперпозиции полей» в обязательном порядке требует построения точных чертежей. Во многом верный результат решения основывается на применении геометрических законов. В обязательном порядке необходимо четко владеть основными геометрическими понятиями, такими как: теорема Пифагора, теорема косинусов, соотношения в прямоугольном треугольнике.
3. Электрическая цепь, состоящая из трёх прямолинейных горизонтальных проводников (2–3, 3–4, 4–1) и источника постоянного тока, находится в однородном магнитном поле, у которого вектор магнитной индукции направлен так, как показано на рисунке. Куда направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вызванная этим полем сила Ампера, действующая на проводник 4–1? Ответ запишите словом (словами).
Ответ: _____________________ .
Необходимая теория: Магнитное поле. Силы
За направление электрического тока принято считать направление движения положительно заряженных частиц. Если же ток обусловлен движением отрицательно заряженных частиц, то за его направление берут направление, противоположенное их движению. При наличии в электрической цепи источника тока принято говорить, что ток течет от «плюса» к «минусу». В данной схеме ток течет против часовой стрелки.
Применяя для данного рисунка правило левой руки, учитывая направление тока и направление вектора магнитной индукции, можно определить, что сила Ампера направлена вправо.
Ответ: вправо.
Секрет решения. Правило левой руки запоминается достаточно легко. Для этого надо взять несколько задач с рисунками и на практике отработать эту закономерность. В данной задаче надо учесть, что, согласно условию, все проводники расположены в горизонтальной плоскости. В противном случае ответ будет неправильным.
Приведем примеры задач на определение направления силы Ампера при помощи правила левой руки.
Так как в задачах нет никаких оговорок, то все рисунки считаются расположенными в вертикальной плоскости.
Рис. А – сила Ампера направлена вверх.
Рис. Б – сила Ампера направлена вправо.
Рис. В – сила Ампера направлена от наблюдателя.
Рис. Г – сила Ампера направлена влево.
