Сила Ампера в ЕГЭ по физике — сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током: F = I·B·L·sin α, а направление даёт правило левой руки. В первой части тема занимает строку №12 на 1 балл, во второй — целую задачу №25 на 3 балла: в демо 2027 это контур с диагональю в магнитном поле.
Суть простыми словами
Поле действует на каждый движущийся заряд в проводнике, и все эти силы Лоренца складываются в одну — силу Ампера.
F = I·B·L·sin α, где I — сила тока (А), B — индукция поля (Тл), L — длина проводника в поле (м), α — угол между направлением тока и вектором B. Проводник перпендикулярен линиям: sin α = 1, F = I·B·L. Проводник вдоль линий: sin α = 0, силы нет.
Правило левой руки: линии B входят в ладонь, четыре вытянутых пальца направлены по току, отогнутый на 90° большой палец показывает силу. Сила перпендикулярна и току, и полю одновременно.
Пример из демо 2027 (№12). Проводник перпендикулярен полю; длину увеличили в 4 раза, индукцию уменьшили в 2 раза. F₂ / F₁ = 4 / 2 = 2: сила выросла в 2 раза. Ток и угол не менялись, их в отношении нет.
Работа силы Ампера при смещении проводника на s вдоль силы A = F·s: проводник длиной 0,5 м с током 4 А в поле 0,2 Тл (F = 0,4 Н) сдвинулся на 0,1 м — A = 0,04 Дж.
Где встречается на экзамене
Сила Ампера — элемент 3.3.3 кодификатора, по плану ФИПИ-2027 он прямо записан в №12. Остальные номера проверяют всю электродинамику, и сила Ампера там — частый сюжет.
- 12 задание ЕГЭ физика: 1 балл, «во сколько раз изменится сила». В демо ответ 2.
- 25 задание ЕГЭ физика: 3 балла. В демо контур KLMN из никелиновой проволоки с диагональю KM подключён к источнику 1,5 В, поле 0,1 Тл параллельно сторонам KL и NM. Силы действуют только на LM, KN и диагональ, все три направлены к наблюдателю, итог ≈ 0,1 Н.
- 21 задание ЕГЭ физика: 3 балла, качественная задача, с 2027 года только по электродинамике. В демо это цепь с диодами, но сюжет «куда и почему сместится проводник или рамка» тоже из этого раздела.
- 14 задание ЕГЭ физика: 2 балла, выбрать все верные утверждения по электродинамике (верных два или три).
Где ошибаются
- Ставят sin α не того угла. α — угол между током и B, а не между проводником и плоскостью рисунка. Если проводник стоит под 30° к линиям, F = I·B·L·0,5, а не I·B·L.
- Берут правую руку. Направление силы Ампера и силы Лоренца ищут левой рукой. Правой рукой (или буравчиком) находят направление линий поля вокруг тока.
- Рисуют силы на сторонах, параллельных полю. В демо №25 стороны KL и NM идут вдоль B, сила на них равна нулю. У диагонали KM в формулу идёт её проекция, перпендикулярная полю: L·sin α = LM = 15 см.
- Складывают силы, не проверив направления. В №25 токи в LM, KN и KM текут «в одну сторону» поперёк поля, поэтому все три силы направлены к наблюдателю и складываются как числа: F = 2F₁ + F₂. Если бы токи шли навстречу, силы бы вычитались.
- Считают ток в каждом проводнике одинаковым. Стороны и диагональ подключены к источнику параллельно, у каждого пути своё сопротивление R = ρ·l / S, значит и свой ток I = ε / R.
Шпаргалка за 30 секунд
Алгоритм для задачи с проводником в поле:
- Отметь на рисунке вектор B и направление тока в каждом куске проводника.
- Вычеркни куски, параллельные B: на них силы нет.
- Для остальных — левая рука: куда направлена каждая сила.
- Модуль: F = I·B·L·sin α, для наклонного куска — длина его проекции поперёк поля.
- Складывай как векторы: сонаправленные — плюсом, противоположные — минусом. Если проводник висит на нитях, добавь в уравнение равновесия mg и натяжение нитей: при силе Ампера вверх суммарное натяжение T = mg − I·B·L.
Сила Ампера хорошо видна на опыте: в тренажёре «Сила Ампера и электромагнит» стержень на нитях качается, когда меняешь ток, поле, угол и длину. Следующая тема — та же сила, но для одной частицы: сила Лоренца ЕГЭ физика. Задачу №25 целиком можно разобрать на пробном занятии по физике.