Электродинамика (страница 2)
Около небольшой металлической пластины, укрепленной на изолирующей подставке, подвесили на шёлковой нити лёгкую металлическую незаряженную гильзу. Когда пластину подсоединили к клемме высоковольтного выпрямителя, подав на неё отрицательный заряд, гильза пришла в движение. Опишите движение гильзы и объясните его.
Под действием электрического поля пластины изменится распределение электронов в гильзе и произойдёт её электризация: та её сторона, которая ближе к пластине, будет иметь положительный заряд, а противоположная сторона — отрицательный.
Поскольку силы взаимодействия заряженных тел уменьшаются с ростом расстояния между ними, притяжение к пластине левой стороны гильзы будет сильнее отталкивания правой стороны гильзы, и гильза будет двигаться к пластине, пока не коснется её.
В момент касания часть электронов перейдет с отрицательно заряженной пластины на гильзу, гильза приобретет отрицательный заряд и оттолкнется от одноименно заряженной пластины. Гильза отклонится вправо и зависнет в положении, в котором равнодействующая всех сил равна нулю.
К колебательному контуру подсоединили источник тока, на клеммах которого напряжение гармонически меняется с частотой \(\nu\) Индуктивность \(L\) катушки колебательного контура можно плавно менять от максимального значения \(L_{max}\) до минимального \(L_{min}\) а емкость его конденсатора постоянна. Ученик постепенно уменьшал индуктивность катушки от максимального значения до минимального и обнаружил, что амплитуда силы тока в контуре всё время возрастала. Опираясь на свои знания по электродинамике, объясните наблюдения ученика.
Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Дальний Восток.
В колебательном контуре возбуждаются колебания. Частота этих колебаний находится по формуле: \[\nu_0=\dfrac{1}{2\pi \sqrt{LC}}\] При приближении частоты собственных колебаний, к частоте внешних (\(\nu\)) амплитуда колебаний будет расти и достигнет своего пика при \(\nu_0=\nu\)
В нашем случае ученик изменяет частоту колебаний от \(\nu_{0min}=\dfrac{1}{2\pi \sqrt{L_{max}C}}\) до \(\nu_{0max}=\dfrac{1}{2\pi \sqrt{L_{min}C}}\) Но так как амплитуда все время растет, то \(\nu_0>\nu\)
Три одинаковых резистора и три одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр после смены полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь. 
1. Перерисуем схемы в эквивалентные 
2. В первых раз все диоды будут пропускать электрический ток и поэтому ток через левый резистор течь не будет (рис. ). Во второй раз диоды не будут пропускать ток совсем и поэтому верхний резистор будет “выключен” из цепи, а ток будет течь по нижним двум (рис. )
3. Ток в первый раз будет находиться по формуле \[I_1=\dfrac{\xi}{R}\] где \(R\) – сопротивление резисторов. Здесь не учитывается второй резистор, так как амперметр подключен только к одному из резисторов.
Во второй раз общее сопротивление цепи будет равно \(R_0=R+R=2R\), а сила тока на амперметре \[I_2=\dfrac{\xi}{2R}=\dfrac{2 \text{ А}}{2}=1\text{ А}\]
Многовитковая катушка медного провода подключена к источнику тока через реостат. Вблизи торца катушки на шёлковых нитях подвешено замкнутое медное кольцо с малым сопротивлением. Ось кольца совпадает с осью катушки (см. рисунок). Опишите, как начнёт двигаться кольцо (притянется, оттолкнётся или останется неподвижным относительно катушки), если движок реостата резко сдвинуть вверх в крайнее положение. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения. 
При смещении движка реостата вверх его сопротивление уменьшается до нуля, а сила тока в катушке согласно закону Ома для полной цепи увеличивается \[I=\dfrac{\xi}{R+r}\]. При этом увеличивается поток вектора магнитной индукции через кольцо. По закону электромагнитной индукции в кольце возникает ЭДС индукции, появляется индукционный ток. В соответствии с правилом Ленца вектор магнитной индукции поля индукционного тока будет направлен против вектора магнитной индукции поля катушки. Взаимодействие токов в кольце и катушке приводит к тому, что кольцо отталкивается от катушки влево — в область, где магнитное поле катушки слабее, чем у торца катушки.
Прямолинейный проводник с током и проводящая рамка лежат в плоскости, перпендикулярной линиям индукции однородного магнитного поля. Опираясь на законы физики, укажите направление силы, действующей на рамку, когда величина магнитной индукции B уменьшается. 
1.При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводящим контуром, в контуре возникает индукционный ток \(I_i\), направление которого определяется правилом Ленца (см. рис.)
2. На каждую из сторон рамки будет действовать сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки, а величина равна \(F_a=I_iBl \sin \alpha\), где \(l\) – длина стороны рамки, \(\alpha\) – угол между вектором магнитной индукции и направлением проводника. Так как у нас угол \(\alpha\) для каждой стороны одинаков, то силы, приложенные к противолежащим сторонам рамки, равны по модулю и направлены взаимно противоположно. Результирующая сил, действующих на рамку со стороны однородного магнитного поля, равна нулю.
3. Направление линий индукции поля, создаваемого проводником с током, в каждой точке рамки одинаково, оно определяется по правилу буравчика. В проводнике протекает постоянный ток, поэтому поле проводника постоянно и не влияет на индукционный ток в рамке.
4. В магнитном поле проводника на каждую сторону рамки действует сила Ампера. Стороны рамки, перпендикулярные проводнику, расположены на одинаковом расстоянии от проводника. На них действуют силы, равные по модулю и направленные противоположно друг другу. Их сумма равна нулю. Силы, действующие на параллельные проводнику стороны рамки, направлены тоже противоположно друг другу. Из-за неоднородности поля проводник с током отталкивает ближнюю сторону рамки сильнее, чем притягивает более удалённую от него сторону. Результирующая этих сил отталкивает рамку от проводника.
5. Согласно принципу суперпозиции, однородное магнитное поле и поле проводника с током действуют на рамку независимо друг от друга. Поэтому результирующая сил, приложенных к рамке, направлена вправо от проводника с током.
На железном стержне намотаны две катушки изолированного медного провода А и Б. Катушка А подключена к источнику с ЭДС \(\xi\) и внутренним сопротивлением \(r\), как показано на рисунке. Катушка Б замкнута на амперметр малого сопротивления. Ползунок реостата передвигают вправо. В каком направлении протекает при этом ток через амперметр, подключённый к катушке Б? Ответ обоснуйте, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. 
1. При протекании электрического тока по катушке А создается магнитный поток Ф\(_1\), при этом сердечник будет образовывать электромагнит, у левого торца катушки А находится северный полюс этого магнита
2. При движении ползунка вправо увеличивается сопротивление реостата \(R\) , а значит по закону Ома для полной цепи уменьшается сила тока \[I=\dfrac{\xi}{R+r}\] 3.Уменьшение тока в катушке А приводит к уменьшению магнитного потока, пронизывающего катушку А, который также пронизывает и катушку Б. По закону электромагнитной индукции \(\xi_i=-\dfrac{\Delta \text{ Ф}}{\Delta t}\) уменьшение магнитного потока приводит к возникновению индукционного тока, который, по правилу Ленца, возникает такого направления (через амперметр — справа налево), чтобы своим магнитным потоком компенсировать уменьшение магнитного потока сквозь катушку Б.
Параллельно катушке индуктивности \(L\) подключена лампочка (см. рис. а.) Яркость свечения на ней прямо пропорциональна напряжению на ней. На рис. б представлен график зависимости силы тока \(I\) в катушке от времени \(t\). Сопротивлением катушки пренебречь. Опираясь на законы физики, изобразите график яркости свечения лампочки от времени. 
1. По закону электромагнитной индукции \(\xi_i=-\dfrac{\Delta \text{ Ф}}{\Delta t}\) индукционный ток будет постоянен, так как график изменения силы тока до \(t_0\) имеет вид линейной зависимости. 2. Так как сопротивление и ток лампочки постоянны, то по закону Ома напряжение тоже будет тоже постоянно \[U=IR\] 3. В момент \(t_0\) ток в катушке прекращает изменяться, а значит и изменение магнитного потока будет равно нулю , а по закону электромагнитной индукции, индукционный ток прекратит существовать, а значит напряжение на лампочке будет равно нулю. 4. Тогда из пунктов 1, 2 и 3 график будет выглядеть следующим образом.
