ENTLab
РусскийҚАЗ
← Все темы: Физика

Физика · теория к ЕНТ

Магнитное поле: сила Ампера и сила Лоренца

Магнитное поле действует на проводник с током и на движущийся заряд. На этих силах основаны работа электродвигателя и отклонение заряженных частиц.

Потренировать эту темуС полным доступом — тренировка по этой теме, без него — бесплатный тест по предмету.

Что проверяет ЕНТ по этой теме

Раздел: 03 Электричество и магнетизм

Пункт спецификации НЦТ: 13 Магнитное поле

По нашей оценке, в варианте в среднем 2 задания по этой теме из 40.

Спецификация ЕНТ 2026 по этому предмету: темы и задания

Что нужно уметь

  • Вычислять силу Ампера и силу Лоренца с учётом угла между током или скоростью и вектором индукции
  • Определять направление силы по правилу левой руки, а направление линий поля тока — по правилу буравчика
  • Находить радиус, период и скорость заряженной частицы, движущейся по окружности в однородном поле

Кратко о главном

  • Магнитная индукция. \vec{B} — силовая характеристика поля, в СИ измеряется в теслах (Тл). Направление линий поля тока задаёт правило буравчика.
  • Сила Ампера. F_A = BIl\sin\alpha, где I — сила тока, l — длина проводника в поле, \alpha — угол между током и \vec{B}. При \alpha = 0^\circ или 180^\circ сила равна нулю.
  • Сила Лоренца. F_L = |q|vB\sin\alpha, где \alpha — угол между \vec{v} и \vec{B}. Сила перпендикулярна скорости: работы не совершает и модуль скорости не меняет.
  • Правило левой руки. Линии \vec{B} входят в ладонь, четыре пальца — по току или по скорости положительного заряда, отогнутый на 90^\circ большой палец показывает силу. Для отрицательного заряда сила направлена противоположно.
  • Движение по окружности. При \vec{v} \perp \vec{B}: |q|vB = \frac{mv^2}{R}, откуда R = \frac{mv}{|q|B}, \omega = \frac{|q|B}{m}, T = \frac{2\pi m}{|q|B}. Период от скорости не зависит (при v \ll c).

Задание с разбором

Из банка заданий ENTLab, не из вариантов НЦТ. Сначала попробуй решить, потом открой разбор.

Горизонтальные рельсы, расстояние между которыми 0{,}5 м, находятся в однородном вертикальном магнитном поле индукцией 0{,}4 Тл. На рельсах перпендикулярно им лежит проводник массой 0{,}2 кг, коэффициент трения проводника о рельсы 0{,}1. Проводник сдвинется с места при минимальной силе тока (g = 10 м/с²)
  • A)10 А
  • B)0{,}25 А
  • C)1 А
  • D)0{,}1 А
Ответ и разбор

Верный ответ: C

Поле вертикально, ток горизонтален и перпендикулярен полю, поэтому сила Ампера F_A = BIL направлена горизонтально вдоль рельсов. Проводник сдвинется, когда она сравняется с наибольшей силой трения покоя: \mu mg = 0{,}1\cdot 0{,}2\cdot 10 = 0{,}2 Н. Тогда I = \frac{\mu mg}{BL} = \frac{0{,}2}{0{,}4\cdot 0{,}5} = 1 А. A (10 А) — не учтён коэффициент трения: \frac{mg}{BL} = \frac{2}{0{,}2} = 10. B (0{,}25 А) — длина проводника поставлена в числитель: \frac{\mu mgL}{B} = \frac{0{,}2\cdot 0{,}5}{0{,}4} = 0{,}25. D (0{,}1 А) — забыто ускорение свободного падения: \frac{\mu m}{BL} = \frac{0{,}02}{0{,}2} = 0{,}1.

Типичные ошибки

  • Забывают \sin\alpha: если проводник или скорость параллельны линиям индукции, сила равна нулю. Угол ищи именно между направлением тока или скорости и вектором \vec{B}.
  • Для электрона не разворачивают направление. Четыре пальца нужно ставить против его скорости (или найти силу как для положительного заряда и развернуть её), иначе сила получится направленной в обратную сторону.
  • Считают, что сила Лоренца разгоняет частицу. Она перпендикулярна скорости, поэтому кинетическая энергия частицы в магнитном поле не меняется, меняется лишь направление движения.
  • В задаче о сдвиге проводника на горизонтальных рельсах силу Ампера приравнивают к весу mg, а не к силе трения \mu mg. При вертикальном поле запиши BIl = \mu mg и вырази I = \frac{\mu mg}{Bl}.

Вопросы по теме

Почему заряженная частица в магнитном поле движется по окружности?
Если скорость частицы перпендикулярна линиям однородного поля, сила Лоренца всё время перпендикулярна скорости и играет роль центростремительной силы. Из равенства |q|vB = \frac{mv^2}{R} радиус R = \frac{mv}{|q|B}, модуль скорости не меняется. Если скорость направлена под углом к полю, траектория — винтовая линия, а при движении вдоль линий поля сила равна нулю.
Чем правило левой руки отличается от правила буравчика?
Правило буравчика задаёт направление линий магнитного поля, которое создаёт ток: если буравчик ввинчивается по току, вращение его ручки показывает направление линий. Правило левой руки задаёт направление силы, с которой поле действует на ток или движущийся заряд: линии входят в ладонь, четыре пальца — по току, отогнутый большой палец — сила.
Потренировать эту тему

ENTLab пишет теорию своими словами на основе спецификации НЦТ. Мы не НЦТ и никак с ним не связаны.