Алюминиевый проводник АБ подвешен на тонких медных проволочках к деревянной балке и подключён к источнику постоянного напряжения так, как показано на рисунке. Справа от проводника находится южный полюс постоянного магнита. Ползунок реостата плавно перемещают влево.
Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения.
- Линии индукции магнитного поля, созданного магнитом вблизи проводника АБ, направлены влево.
- Сила натяжения проволочек, на которых подвешен проводник АБ, увеличивается.
- Сила Ампера, действующая на проводник АБ, увеличивается.
- Сопротивление внешней цепи увеличивается.
- Сила тока, протекающего через проводник АБ, уменьшается.
Решение:
1) Неверно
По правилу для магнитных линий: они всегда выходят из северного полюса () и заходят в южный (). Поскольку южный полюс магнита расположен справа от проводника, линии поля в этой области направлены от полюса вправо (то есть от южного полюса к северному, проходя через проводник). Следовательно, направление поля — вправо, а не влево.
2) Верно
Определим направление тока. В цепи ток течёт от положительной клеммы источника к отрицательной. Применим правило левой руки: линия магнитной индукции входит в ладонь, четыре пальца указывают вдоль тока, тогда отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера. В данном случае сила Ампера направлена вертикально вниз. Её модуль рассчитывается как: где — сила тока в проводнике, — модуль индукции магнитного поля, — длина активной части проводника.
Сила тока определяется законом Ома для полной цепи: где — ЭДС источника, — сопротивление реостата, — внутреннее сопротивление источника.
При перемещении ползунка реостата влево его сопротивление уменьшается, следовательно, сила тока возрастает. Это приводит к увеличению силы Ампера .
Проводник находится в равновесии, поэтому, записав второй закон Ньютона в проекции на вертикальную ось, получим: где — сила натяжения одной проволочки (всего их две, поэтому ), — сила тяжести. Поскольку растёт, а неизменна, сила натяжения также должна увеличиться, чтобы сохранить равновесие.
3) Верно
Обоснование полностью приведено в пункте 2.
4) Неверно
Так как ползунок реостата двигается влево, длина включённой части реостата уменьшается, что приводит к уменьшению его сопротивления. Следовательно, общее сопротивление внешней цепи падает.
5) Неверно
Как показано в пункте 2, при уменьшении сопротивления реостата сила тока в цепи (и, соответственно, в проводнике) увеличивается, а не уменьшается.