Тест на тему Магнитное поле, Сила Ампера, правило левой руки.

Ниже представлен тест по физике на тему "Магнитное поле, Сила Ампера, правило левой руки" для 11 класса. Тип вопросов: открытые. Всего 10 вопросов. В конце — образец ответов.

Тест

1. Определитеmagнитное поле и силу Ампера. Запишите формулу силы на проводник в магнитном поле и поясните, что означают все переменные в формуле F = I L × B. В каком направлении действует сила относительно направления тока и магнитного поля?

2. Прямой проводник длиной L = 0.40 м содержит ток I = 5 А. Магнитное поле B = 0.30 Т направлено так, что угол между направлением тока и полем θ = 90°. Определите величину силы Ампера и её направление, если поле направлено в сторону экрана (вглубь него).

3. Как зависит сила Ампера от угла θ между проводником и магнитным полем? Опишите поведение F при θ = 0°, θ = 90°, θ = 180° и поясните физическую причину.

4. В однородном магнитном поле B направлено вверх. Проводник с током течет вправо. Определите направление силы Ампера на проводник. Обоснуйте, используя правило левой руки.

5. Опишите принцип применения правила левой руки Флеминга в электродвигателе. Какие именно направления вами задаются левой рукой, и что они обозначают в контексте движения ротора?

6. Что произойдет с силой Ампера, если направление тока в проводнике поменять на противоположное при неизменном магнитном поле и длине участка? Объясните qualitativ и формально.

7. Сравните выражения F = I (L × B) и F = q(v × B). Что означает порядок перемножения векторных величин и как связан знак направления силы с порядком векторного произведения?

8. Рассмотрите прямоугольный контур в однородном магнитном поле, перпендикулярном к плоскости контура. Ток в верхней стороне контура течёт слева направо, в нижней — справа налево. Опишите, какие силы действуют на стороны контура и какова сумма сил и момент (торсия) относительно центра контура. Объясните, почему суммарная сила может оказаться нулевой, а момент — ненулевой.

9. Проводник длиной L = 0.60 м, по которому течет ток I = 2.0 А, помещен в однородное магнитное поле B = 0.50 Т. Угол между направлением тока и полем θ = 120°. Найдите величину силы Ампера и направление её действия (укажите конкретное направление, например относительно осей или экрана).

10. Объясните различие между силой Ампера и силой Лоренца. Приведите по одному реальному примеру применения каждого закона (например, двигатель, генератор, электромагнитный рулон и т. п.).

Ответы (образец)

1. Магнитное поле — это физическая величина, которая описывает пространство вокруг движущихся зарядов и магнитов; сила Ампера — сила, действующая на прямой проводник с током, находящийся в магнитном поле. Формула: F = I L × B, где

• I — сила тока (А),
• L — вектор длины проводника вдоль направления тока (м),
• B — вектор магнитной индукции (Тл), -× — векторное произведение. Направление F перпендикулярно и к направлению L, и к направлению B; направление определяется правилом левой руки Флеминга (первый палец — B, второй — I, средний — F).

2. F = I L B sin θ = 5 · 0.40 · 0.30 · sin 90° = 0.6 Н. Направление: вверх по экрану (если B направлено вглубь экрана и ток направлен вправо, то F направлена вверх — согласно правилу левой руки).

3. F = I L B sin θ; F максимальна при θ = 90°; F = 0 при θ = 0° или 180°. По мере увеличения θ от 0° к 90° сила возрастает, затем уменьшается до нуля при 180°; физически это связано с синусом угла между направлением тока и полем.

4. Прямой проводник направлен вправо, B направлено вверх. Направление силы: в сторонуout of page (из экрана). Обоснование: L × B даёт direction по правилу левой руки (или по векторному произведению: x × y = z, т.е. наружу страницы).

5. Правило левой руки Флеминга применяется в электродвигателях для определения направления вынуждаемой силы/множества движущихся частиц (вращение ротора): первый палец — направление магнитного поля B, второй — направление тока I (или движения зарядов), большой палец — направление силы F (моторная сила, поворот). Это позволяет понять, как взаимодействие тока и поля вызывает вращение двигателя.

6. При изменении направления тока на противоположное сила F меняет направление (F → −F), при той же величине L и B.

7. F = I (L × B) и F = q (v × B) описывают одну и ту же физическую величину силы на элемент заряда: сила Ампера — на проводник (часть тока), сила Лоренца — на отдельную заряженную частицу. Порядок векторного произведения важен: L × B = − (B × L); изменение порядка меняет направление силы.

8. На верхней стороне контура сила F_top направлена в одно стороны, на нижней — противоположная, потому что ток в верхней стороне течёт слева направо, а в нижней — справа налево; при B перпендикулярно плоскости, суммы сил на противоположных сторонах равны по модулю, но приложены с разными моментами относительно центра, что даёт ненулевой момент (торсию) и нулевую net force. Таким образом контур может начать вращаться, но не перемещаться в целом.

9. F = I L B sin θ = 2.0 · 0.60 · 0.50 · sin 120° = 2.0 · 0.60 · 0.50 · 0.866 ≈ 0.52 Н. Направление определяется L × B; если для примера проводник вдоль оси x, B имеет компоненту, которая образует угол 120° с осью x в плоскости, тогда направление F будет по оси z (например, наружу страницы) в зависимости от конкретного ориентира B.

10. Сила Лоренца F = q(v × B) действует на каждый двигающийся заряд (частицу); сила Ампера F = I L × B — сумма эффектов для участка проводника с током. Примеры: двигатель — сила Ампера приводит к вращению ротора в магнитном поле; генератор — изменение направления тока/магнитного поля порождает вращение и индуцирует ток. Объясните связи в каждом устройстве.

Если нужно, могу адаптировать вопросы под конкретную программу вашего курса (уровень сложности, формулировки, примеры с диаграммами).