Задание 14 ЕГЭ по физике · задача 063141
Катушка 1 включена в электрическую цепь, состоящую из источника постоянного напряжения и реостата. Катушка 2 помещена внутрь
катушки 1, и её обмотка замкнута. Вид с торца катушек представлен на рисунке.
|
|
Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения, характеризующих процессы в цепи и катушках при перемещении ползунка реостата влево .
| 1) | Сила тока в катушке 1 увеличивается. | |
| 2) | Модуль вектора индукции магнитного поля, созданного катушкой 1, увеличивается. | |
| 3) | Модуль магнитного потока, пронизывающего катушку 2, уменьшается. | |
| 4) | Вектор магнитной индукции магнитного поля, созданного катушкой 2 в её центре, направлен от наблюдателя. | |
| 5) | В катушке 2 индукционный ток направлен по часовой стрелке. |
Показать ответ и разбор
Ответ: 12 (верны: 1, 2)
Разбор
Привет! Давай разберёмся с этой задачей. Тема электромагнитной индукции и правила Ленца часто вызывает лёгкую панику, потому что тут нужно следить сразу за несколькими вещами: куда течёт ток, куда направлено поле, как оно меняется и как на это реагирует вторая катушка. Но если разбить всё на простые шаги, всё становится очень логичным.
Шаг 1. Разбираемся с первой катушкой (внешней)
Смотрим на схему. У нас есть источник тока (длинная палочка — это плюс, короткая — минус). Ток всегда течёт от плюса к минусу. Значит, по внешней цепи ток идёт налево, проходит через реостат, затем по катушке №1 по часовой стрелке и возвращается к минусу.
По условию ползунок реостата перемещают влево. Что при этом происходит с сопротивлением? Ток проходит через меньшую часть реостата, значит, сопротивление цепи уменьшается. По закону Ома для полной цепи ($I = \frac{\varepsilon}{R+r}$), если сопротивление падает, то сила тока растёт.
Следовательно, утверждение 1 — верное.
Шаг 2. Магнитное поле первой катушки
Магнитная индукция $B$ катушки прямо пропорциональна силе тока в ней ($B \sim I$). Раз ток увеличивается, то и модуль вектора магнитной индукции поля, созданного катушкой №1, тоже увеличивается.
Значит, утверждение 2 — верное.
Шаг 3. Магнитный поток через вторую катушку
Магнитный поток $\Phi = B \cdot S \cdot \cos\alpha$. Площадь второй катушки не меняется, а вот магнитная индукция $B$ от первой катушки растёт. Значит, магнитный поток, пронизывающий катушку №2, увеличивается, а не уменьшается.
Утверждение 3 — неверное.
Шаг 4. Правило Ленца и индукционный ток во второй катушке
Теперь самое интересное — как отреагирует катушка №2. Природа не любит изменений. По правилу Ленца, индукционный ток во второй катушке будет направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению внешнего магнитного потока.
Давай определим направление поля первой катушки. Ток в ней течёт по часовой стрелке. По правилу правой руки (или буравчика), вектор магнитной индукции $\vec{B}_1$ направлен от нас (в плоскость чертежа).
Так как это поле $\vec{B}_1$ увеличивается, вторая катушка попытается его "погасить". Значит, она создаст своё собственное магнитное поле $\vec{B}_2$, направленное в противоположную сторону — то есть к нам (на наблюдателя).
Смотрим на утверждение 4: там сказано "от наблюдателя". Значит, утверждение 4 — неверное.
Шаг 5. Направление тока во второй катушке
Мы выяснили, что собственное магнитное поле второй катушки $\vec{B}_2$ направлено к нам. Снова применяем правило правой руки: чтобы поле было направлено на нас, индукционный ток во второй катушке должен течь против часовой стрелки.
В утверждении 5 сказано "по часовой стрелке". Значит, утверждение 5 — неверное.
Итог: правильные утверждения — 1 и 2. Ты отлично справишься с такими задачами, главное — не торопиться и аккуратно применять правила шаг за шагом!
Шаг 1. Разбираемся с первой катушкой (внешней)
Смотрим на схему. У нас есть источник тока (длинная палочка — это плюс, короткая — минус). Ток всегда течёт от плюса к минусу. Значит, по внешней цепи ток идёт налево, проходит через реостат, затем по катушке №1 по часовой стрелке и возвращается к минусу.
По условию ползунок реостата перемещают влево. Что при этом происходит с сопротивлением? Ток проходит через меньшую часть реостата, значит, сопротивление цепи уменьшается. По закону Ома для полной цепи ($I = \frac{\varepsilon}{R+r}$), если сопротивление падает, то сила тока растёт.
Следовательно, утверждение 1 — верное.
Шаг 2. Магнитное поле первой катушки
Магнитная индукция $B$ катушки прямо пропорциональна силе тока в ней ($B \sim I$). Раз ток увеличивается, то и модуль вектора магнитной индукции поля, созданного катушкой №1, тоже увеличивается.
Значит, утверждение 2 — верное.
Шаг 3. Магнитный поток через вторую катушку
Магнитный поток $\Phi = B \cdot S \cdot \cos\alpha$. Площадь второй катушки не меняется, а вот магнитная индукция $B$ от первой катушки растёт. Значит, магнитный поток, пронизывающий катушку №2, увеличивается, а не уменьшается.
Утверждение 3 — неверное.
Шаг 4. Правило Ленца и индукционный ток во второй катушке
Теперь самое интересное — как отреагирует катушка №2. Природа не любит изменений. По правилу Ленца, индукционный ток во второй катушке будет направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению внешнего магнитного потока.
Давай определим направление поля первой катушки. Ток в ней течёт по часовой стрелке. По правилу правой руки (или буравчика), вектор магнитной индукции $\vec{B}_1$ направлен от нас (в плоскость чертежа).
Так как это поле $\vec{B}_1$ увеличивается, вторая катушка попытается его "погасить". Значит, она создаст своё собственное магнитное поле $\vec{B}_2$, направленное в противоположную сторону — то есть к нам (на наблюдателя).
Смотрим на утверждение 4: там сказано "от наблюдателя". Значит, утверждение 4 — неверное.
Шаг 5. Направление тока во второй катушке
Мы выяснили, что собственное магнитное поле второй катушки $\vec{B}_2$ направлено к нам. Снова применяем правило правой руки: чтобы поле было направлено на нас, индукционный ток во второй катушке должен течь против часовой стрелки.
В утверждении 5 сказано "по часовой стрелке". Значит, утверждение 5 — неверное.
Итог: правильные утверждения — 1 и 2. Ты отлично справишься с такими задачами, главное — не торопиться и аккуратно применять правила шаг за шагом!