Задание №13 ЕГЭ по физике проверяет знание по теме «Электромагнетизм». В задачах данного типа необходимо решить задачи, связанные с электрическим или магнитным полем.

Теория к заданию №13 ЕГЭ по физике

Электрический заряд

Величина, которая определяет силу электромагнитного действия и связывает силу его с расстоянием между действующими друг на друга телами, называется электростатическим зарядом, который характеризует способность тела – носителя заряда — создавать электромагнитное поле около себя, а также испытывать на себе воздействие внешних полей.

Заряды бывают разных знаков. Международной системой принято считать заряд электрона отрицательным, а притягивающий этот заряд – положительным.

Напряженность электростатического поля является векторной величиной, направленной от положительного заряда к отрицательному. Это силовая характеристика электрического поля.

Закон Ампера

Закон Ампера гласит о взаимодействии токов: в параллельно расположенных проводниках токи, текущие в разных направлениях, отталкиваются один другого. Если же токи направлены в одну сторону, проводники притягиваются.

Разбор типовых вариантов заданий №13 ЕГЭ по физике

Демонстрационный вариант 2018

Отрицательный заряд -q находится в поле двух неподвижных зарядов: положительного +Q и отрицательного -Q (смотри рисунок). Куда направлено относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) ускорение заряда -q в этот момент времени, если на него действуют только заряды +Q и -Q ? Ответ запишите словом (словами).

Алгоритм решения:

1. Проводим анализ рисунка, приложенного к задаче.
2. Делаем вывод о направлении взаимодействия зарядов.
3. Определяем направление ускорения.
4. Записываем ответ.

Решение:

1. Из 2-го з-на Ньютона следует, что направление ускорения физ.тела в любом случае совпадает с направлением вектора равнодействующей силы. Поэтому, узнав направление равнодействующей силы, получим ответ на вопрос задачи.

На рисунке изображены три заряда, причем вверху (1) и внизу (2) расположены заряды разных знаков, а слева – заряд, одноименный с верхним:

2. Равнодействующая сил будет равной: 𝐹⃗=𝐹⃗ 1 +𝐹⃗ 2 , где векторы F 1 и F 2 – силы, действующие на заряд q со стороны зарядов 1 и 2 соответственно.

Известно, что заряды, имеющие одинаковые знаки, отталкиваются, а заряды противоположных знаков притягиваются. Изображаем силы взаимодействия между зарядами:

3. Векторная сумма сил F1 F2 находится по правилу параллелограмма. При этом следует иметь в виду, что величины сил (длины векторов) будут одинаковыми, поскольку заряды –Q и +Q равны по модулю. Это означает, что векторы направлены симметрично относительно вертикальной оси, как бы зеркально отражаясь. А их результирующая, следовательно, направлена вертикально вниз, т.е. вдоль оси симметрии.

Ответ: вниз

Первый вариант задания (Демидова, №1)

В трёх вершинах ромба расположены точечные заряды +q, -2q и +q (q > 0). Куда направлена относительно рисунка (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) кулоновская сила F, действующая на отрицательный точечный заряд -Q, помещённый в центр этого ромба (см. рисунок)? Ответ запишите словом (словами).

Алгоритм решения:

1. Анализируем приложенный к задаче рисунок. Определяем силы, которые действуют на заряд –Q .
2. Изображаем силы и находим равнодействующую.
3. Записываем ответ.

Решение:

1. На рисунке показано, какие заряды имеют одинаковые знаки, а какие разные. Слева и справа от заряда –Q расположены заряды положительного знака (+q) , которые притягивают заряд –Q, причем с одинаковой силой. А вверху располагается заряд, одноименный с помещенным в центр ромба. Этот заряд отталкивает –Q .

2. Изобразим все силы, которые действуют на заряд:

Поскольку модули зарядов +q одинаковы, силы двух зарядов, расположенных на горизонтальной прямой (взаимодействие –Q с +q), равны между собой, но противоположны по направлению. Это означает, что результирующая этих двух сил равна 0. Отсюда следует, что равнодействующая всех сил совпадает с направлением третьей силы – силы взаимодействия –Q и –2q. Это направление – вертикально вниз, т.е. вдоль вертикали меньшей диагонали ромба.

Ответ: вниз

Второй вариант задания (Демидова, №7)

В вершинах равнобедренного треугольника расположены точечные заряды -2q, +q > 0 и -2q (см. рисунок). Куда направлен относительно рисунка (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор напряженности результирующего электростатического поля в точке О пересечения медиан треугольника?

Алгоритм решения:

1. Рассматриваем приложенный к задаче рисунок,
2. Делаем вывод относительно направления векторов напряженности, создаваемой каждым зарядом в точке О.
3. Определяем, куда направлена суперпозиция напряженностей.
4. Записываем ответ.

Решение:

1. Изображенный на рисунке треугольник равнобедренный. O – точка, одинаково удаленная от вершин основания, поскольку это точка пересечения медиан. В вершинах основания помещены одинаковые заряды -2q.

2. Вектор напряженности имеет начало у положительного заряда и направлен к отрицательным (красные стрелки):

Поскольку заряды –2q одинаковы по модулю, то величина векторов Е одинакова. Это означает, что их результирующая (синяя стрелка) равноудалена от каждого из них, т.е. будет иметь направление в правую сторону по линии медианы, проведенной к основанию, а это – направление вправо по горизонтали.

Ответ: вправо

Третий вариант задания (Демидова, №25)

Как направлена (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) сила Ампера, действующая на проводник № 3 со стороны двух других (см. рисунок)? Все проводники прямые, тонкие, длинные, лежат в одной плоскости и параллельны друг другу. Сила тока I во всех проводниках одинакова. Ответ запишите словом (словами).Третий вариант задания (Демидова, №25)

Алгоритм решения:

1. Анализируем схему направления токов в проводниках.
2. Ищем направление силы Ампера, действующих на проводник №3.
3. Аналогично ищем направление силы со стороны 1-го проводника.
4. Определяем результирующее направление.
5. Записываем ответ.

Решение:

1. Из з-на Ампера следует, что тонкие параллельные проводники с постоянным током, движущимся в одном направлении, притягиваются, а с токами, движущимися в противоположном направлении, отталкиваются. Это означает, что проводники №2 и №3 притягиваются, а проводники №1 и №3 отталкиваются.

2. Поскольку проводники параллельны между собой и расположены по горизонтали, то силы притяжения проводников направлены по вертикали (т.е. перпендикулярно). При этом сила притяжения проводника №3 к проводнику №2 направлена вертикально вверх (красная стрелка), а сила отталкивания проводника №3 от проводника №1 – вертикально вниз (синяя стрелка).

3. Но поскольку проводник №2 ближе к 3-му, чем №1, то при одинаковых силах токов воздействие со стороны 2-го проводника окажется более сильным, т.е. сила притяжения будет большей, чем сила отталкивания. Следовательно, результирующая направлена вертикально вверх.

Видеоурок 2: Задачи на закон Ампера

Лекция: Сила Ампера, её направление и величина

Существенным отличием от электрического поля, где сила взаимодействия зависит только от величины заряда и расстояния между ними, является то, что в магнитном поле существует ряд факторов, а также несколько сил, которые действуют на проводник с током и частицы в магнитном поле.

Одной из таких сил является сила Ампера . Данная сила действует на любой проводник, по которому бежит ток. Вокруг всех частиц, которые имеют направленное движение, действуют силы, в результате чего на весь проводник действует некоторая сила.

Для определения направления данной силы используют правило левой руки :

Положите проводник мысленно на левую руку так, чтобы направление тока, который по нему бежит, совпадало с направлением четырех пальцев. Линии магнитного поля должны мысленно входить вовнутрь ладони. В таком случае направление силы Ампера совпадет с большим пальцем.

Для определения величины силы Ампера следует воспользоваться следующей формулой :

Можно сделать вывод, что сила зависит не только от величины магнитной индукции и тока, но и от размеров и расположения проводника относительно линий магнитного поля.

Пара проводников с током

Следует отметить, что проводники, по которым бежит ток, выполняют роль магнитов. Поэтому логично будет предположить, что два таких проводника будут некоторым образом взаимодействовать:

Если ток по проводникам бежит в одном направлении, то проводники притягиваются, если в разных, то отталкиваются.

За это задание вы можете получить 1 балл на ЕГЭ в 2020 году

Задание 13 ЕГЭ по физике посвящено всем процессам, в которых участвует электрическое и магнитное поле. Это один из самых обширных вопросов по количеству охватываемых учебных тем. Так, учащемуся может попасться тема «Закон Кулона, напряженность и потенциал электрического поля», и он будет находить разность потенциалов между точками поля, силу взаимодействия между телами или напряжение, приложенное к концам проводника.

Тема задания 13 ЕГЭ по физике может касаться также магнитного потока и подразумевать вычисление модуля вектора индукции магнитного поля или его направление. Часть вопросов посвящена вычислению силы Ампера и силы Лоренца.

Задание № 13 ЕГЭ по физике подразумевает краткий ответ на свой вопрос. При этом часть вариантов требует записи числового значения величины (с округлением до нужных долей, если ответом является десятичная дробь), а в части ученику придется выбирать из четырех предложенных ответов один, который он считает правильным. Так как время прохождения всего испытания ограничено определенным числом минут, то и на тринадцатом вопросе надолго останавливаться не стоит. Если он вызывает сложности, лучше оставить его на самый конец экзаменационного времени.

Электрическая цепь, состоящая из четырех прямолинейных горизонтальных проводников (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) и источника постоянного тока, находится в однородном магнитном поле, вектор магнитной индукции которого В направлен вертикально вниз (см. рисунок, вид сверху). Куда направлена сила Ампера, действующая на проводник 1-2?

лектрическая цепь, состоящая из четырёх прямолинейных горизонтальных проводников (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) и источника постоянного тока, находится в однородном магнитном поле, направленном вертикально вниз (см. рисунок, вид сверху). Как направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вызванная этим полем сила Ампера, действующая на проводник 2-3? Ответ запишите словом (словами).

Прямолинейный проводник длиной l = 0,1 м, по которому течёт ток I = 2 А, расположен в однородном магнитном поле под углом 90° к вектору B. Каков модуль индукции магнитного поля В, если сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна 0,2 Н?

4. В однородном магнитном поле по вертикальным направляющим без трения скользит прямой горизонтальный проводник массой 0,2 кг, по которому течёт ток 2 А. Вектор магнитной индукции направлен горизонтально перпендикулярно проводнику (см. рисунок), В = 2 Тл. Чему равна длина проводника, если известно, что ускорение проводника направлено вниз и равно 2 м/с2?

Прямолинейный проводник, по которому течёт ток, равный 3 А, расположен в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,4 Тл под углом 30° к вектору В. Модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля, равен 0,3 Н. Какова длина проводника?

В однородное магнитное поле с индукцией 0,085 Тл влетает электрон со скоростью 4,6·10 7 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции поля. Определите радиус окружности, по которой движется электрон.

Электрон движется в однородном магнитном поле в вакууме перпендикулярно линиям индукции по окружности радиусом 1 см. Определите скорость движения электрона, если магнитная индукция поля 0,2 Тл.

В заштрихованной области на рисунке действует однородное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости рисунка, В = 0,1 Тл. Проволочную квадратную рамку сопротивлением R = 10 Ом и стороной l = 10 см перемещают в плоскости рисунка поступательно со скоростью v = 1 м/с. Чему равен индукционный ток в рамке в состоянии 1?

Прямолинейный проводник длиной 0,2 м находится в однородном магнитном поле с индукцией 4 Тл и расположен под углом к вектору индукции. Чему равен модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля при силе тока в нем 2 А? (Ответ дать в ньютонах.)

2. Прямолинейный проводник длиной 0,5 м, по которому течет ток 6 А, находится в однородном магнитном поле. Модуль вектора магнитной индукции 0,2 Тл, проводник расположен под углом к вектору В . Какова сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля? (Ответ дать в ньютонах.)

3. При силе тока в проводнике 20 А на участок прямого проводника длиной 50 см в однородном магнитном поле действует сила Ампера 12 Н. Вектор индукции магнитного поля направлен под углом 37° к проводнику Определите модуль индукции магнитного поля. Ответ выразите в теслах и округлите до целого числа.

4. Дан участок прямого проводника длиной 50 см в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл при силе тока в проводнике 20 А и направлении вектора индукции магнитного поля под углом к проводнику. Какова сила Ампера, действующая на этот участок? (Ответ дать в ньютонах.)

5. Проводник с током длиной 2 м находится в однородном магнитном поле с индукцией Причем направление магнитного поля составляет 30° с направлением тока. Чему равна сила со стороны магнитного поля, действующая на проводник? (Ответ дать в ньютонах.)

6. Два длинных прямых провода, по которым протекают постоянные электрические токи, расположены параллельно друг другу. В таблице приведена зависимость модуля силы F магнитного взаимодействия этих проводов от расстояния r между ними.

Чему будет равен модуль силы магнитного взаимодействия между этими проводами, если расстояние между ними сделать равным 6 м, не меняя силы текущих в проводах токов? (Ответ дать в мкН.)

8. Прямой проводник длиной 50 см равномерно поступательно движется в однородном постоянном магнитном поле, направление которого совпадает с направлением вертикальной оси Y (на рисунке эта ось направлена «на нас»). Скорость проводника направлена перпендикулярно ему, и составляет угол 30° с горизонтальной осью X , как показано на рисунке. Разность потенциалов между концами проводника равна 25 мВ, модуль индукции магнитного поля 0,1 Тл. Определите модуль скорости движения этого проводника. (Ответ дать в метрах в секунду.)

Примечание

9. Прямой проводник длиной 25 см равномерно поступательно движется в однородном постоянном магнитном поле, направление которого совпадает с направлением вертикальной оси Y (на рисунке эта ось направлена «на нас»). Скорость проводника равна 1 м/с, направлена перпендикулярно проводнику, и составляет угол 60° с горизонтальной осью X , как показано на рисунке. Разность потенциалов между концами проводника равна 75 мВ. Определите модуль индукции магнитного поля. (Ответ дать в теслах.)

Примечание : вектор скорости лежит в плоскости рисунка.

10.

Как направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) сила Ампера, действующая на проводник 1 со стороны проводника 2 (см. рисунок), если проводники тонкие, длинные, прямые, параллельны друг другу? (I - сила тока.) Ответ запишите словом (словами).