Решение

Эквивалентная электрическая схема цепи, учитывающая внутреннее сопротивление батареи, изображена на рисунке, где I — сила тока в цепи. Ток через вольтметр практически не течет, а сопротивление амперметра пренебрежимо мало.

С ила тока в цепи определяется по закону Ома для полной цепи:

В соответствии с законом Ома для участка цепи, напряжение, измеряемое вольтметром:

• При перемещении движка реостата вправо его сопротивление R₁ уменьшается, что приводит к уменьшению полного сопротивления цепи. Сила тока в цепи при этом растет, а напряжение на батарее уменьшается.

18

М едная прямоугольная рамка, по которой протекает постоянный электрический ток силой I, может вращаться вокруг вертикальной оси OO', закрепленной в подшипниках. При вращении рамки на нее действуют силы вязкого трения. Опираясь на законы электродинамики и механики, опишите и объясните движение этой рамки после включения однородного магнитного поля с индукцией В (см. рисунок).

Р ешение (вариант)

На проводник с током магнитном поле действует сила Ампера, величина которой определяется законом Ампера F=IBlsin α, а направление - правилом левой руки. Тогда на левую и правую стороны рамки действуют силы F₁ и F₂ соответственно, направленные так, как показано на рисунке (вид сверху). Силы, действующие на верхнюю и нижнюю стороны рамки, параллельные вектору магнитной индукции, равны нулю.

Силы F₁ и F₂ поворачивают рамку против часовой стрелки (создают вращающий момент) до тех пор, пока она не займет положение, при котором плоскость рамки перпендикулярна вектору магнитной индукции (момент равен нулю). По инерции рамка «проскочит» это положение и будет двигаться дальше. Направления сил F₁ и F₂ при этом сохранятся, однако теперь они будут тормозить вращение рамки до полной остановки, а затем поворачивать ее в обратном направлении. Описанный процесс будет повторяться с амплитудой, уменьшающейся за счет работы сил вязкого трения (возникнут затухающие колебания), до тех пор, пока рамка не остановится в положении, когда ее плоскость перпендикулярна линиям магнитной индукции (момент равен нулю)

1 9

Рамку с постоянным током удерживают неподвижно в поле полосового магнита ( см. рисунок). Полярность подключения источника тока к выводам рамки показана на рисунке. Как будет двигаться рамка на неподвижной оси МО, если рамку не удерживать? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения. Считать, что рамка испытывает небольшое сопротивление движению со стороны воздуха.

Решение

Р амка повернется против часовой стрелки и встанет перпендикулярно оси магнита так, что контакт «+» окажется внизу.

Рассмотрим сечение рамки плоскостью рисунка в условии задачи. В исходном положении в левом звене рамки ток направлен от нас,

• в правом - к нам. На левое звено рамки действует сила Ампера FA1, направленная вниз, а на правое звено - сила Ампера FA2, направленная вверх. Эти силы разворачивают рамку на неподвижной оси МО против часовой стрелки (см. рисунок).

Рамка устанавливается перпендикулярно оси магнита так, что контакт «+» оказывается внизу. При этом силы Ампера FA1 и FA2 обеспечивают равновесие рамки на оси МО (см. рисунок).

20

Н а рисунке изображены две изолированные друг от друга электрические цепи. Первая содержит последовательно соединенные источник тока, реостат, катушку индуктивности и амперметр, а вторая — проволочный моток, к концам которого присоединен гальванометр, изображенный на рисунке справа. Катушка и моток надеты на железный сердечник. Как будут изменяться показания приборов, если катушку, присоединенную к источнику тока, медленно перемещая вверх, снять с сердечника? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

Ответ: во время перемещения катушки индуктивности вверх и снятия ее с сердечника показания амперметра будут оставаться неизменными, а гальванометр будет регистрировать ток в цепи второй катушки.