Алюминиевый проводник АБ подвешен на тонких медных проволочках к деревянной балке и подключён к источнику постоянного напряжения так, как показано на рисунке. Вблизи проводника справа от него находится северный полюс постоянного магнита. Ползунок реостата плавно перемещают вправо.
Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения.
- Сопротивление внешней цепи уменьшается.
- Линии индукции магнитного поля, созданного магнитом, вблизи проводника АБ направлены вправо.
- Сила тока, протекающего по проводнику АБ, уменьшается.
- Сила Ампера, действующая на проводник АБ, увеличивается.
- Силы натяжения проволочек, на которых подвешен проводник АБ, увеличиваются.
Решение:
1) Неверно
При сдвиге ползунка реостата в правую сторону активная длина проводника реостата возрастает. Это приводит к увеличению его сопротивления, а значит, и к росту общего сопротивления внешней части цепи.
2) Неверно
Магнитные линии постоянного магнита выходят из северного полюса (N) и заходят в южный (S). Поскольку северный полюс расположен справа от проводника, линии поля вблизи него направлены влево.
3) Верно
Величина тока в замкнутой цепи определяется законом Ома для полной цепи: где — ЭДС источника, — сопротивление реостата, — внутреннее сопротивление источника. Так как сопротивление увеличивается, сила тока в цепи, а следовательно, и в проводнике, уменьшается.
4) Неверно
Сначала определим направление силы Ампера. Ток течёт от плюса к минусу (слева направо). По правилу левой руки (вектор входит в ладонь, четыре пальца по току, большой палец указывает на силу) сила Ампера направлена вертикально вверх. Её модуль вычисляется как: где — сила тока в проводнике, — индукция магнитного поля, — длина проводника. Поскольку из предыдущего пункта мы знаем, что ток уменьшается, а и неизменны, сила Ампера также уменьшается.
5) Верно
На проводник действуют три силы: сила тяжести (вниз), сила натяжения проволочек (вверх) и сила Ампера (вверх, как мы определили ранее).
Проводник находится в равновесии, поэтому: Поскольку сила Ампера убывает, а сила тяжести постоянна, для сохранения равновесия сила натяжения нитей должна возрастать.