Задание 17. Проволочная рамка площадью 60 см2 помещена в однородное магнитное поле так, что плоскость рамки перпендикулярна вектору индукции B. Проекция Bn индукции магнитного поля на нормаль к плоскости рамки изменяется во времени t согласно графику на рисунке.
Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения о процессах, происходящих в рамке.
1) Модуль ЭДС электромагнитной индукции, возникающей в рамке, максимален в интервале времени от 0 до 1 мс.
2) Магнитный поток через рамку в интервале времени от 2 до 4 мс равен 12 мВб.
3) Модуль ЭДС электромагнитной индукции, возникающей в рамке, в интервале времени от 4 до 6 мс равен 6 В.
4) Модуль скорости изменения магнитного потока через рамку минимален в интервале времени от 0 до 1 мс.
5) Модуль ЭДС электромагнитной индукции, возникающей в рамке, равен нулю в интервале времени от 2 до 4 мс.
1) Да, в интервале времени от 0 до 1 мс имеем наибольшее изменение магнитного потока, проходящего через рамку. Следовательно, получаем наибольшее по модулю значение ЭДС.
2) Величину магнитного потока можно определить по формуле 
(так как он не менялся во времени от 2 до 4 мс). Получаем:
Вб
3) Модуль ЭДС можно найти по формуле:
4) Нет, в интервале от 0 до 1 мс скорость изменения потока максимальна.
5) Да, в интервале от 2 до 4 мс магнитный поток, проходящий через рамку, не меняется, следовательно, ЭДС равна нулю.
Рамка площадью 2 см2
Рамка площадью S = 1 см 2 , содержащая N = 200 витков провода, очень быстро пролетает между полюсами электромагнита, создающего индукцию магнитного поля B = 1,5 Тл. Линии индукции магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости рамки. Концы провода присоединены к электрической цепи, в которой последовательно соединены идеальный диод, пропускающий ток только в одном направлении, резистор сопротивлением R = 10 кОм и конденсатор ёмкостью C = 10 мкФ. До какого напряжения в результате зарядится конденсатор?
1. Во время пролёта рамки между полюсами электромагнита магнитный поток через обмотку сначала очень быстро возрастает от нуля до максимальной величины, равной 
а затем столь же быстро убывает до нуля.
2. По закону электромагнитной индукции во время изменения магнитного потока в рамке возникает ЭДС индукции
которая имеет разный знак при нарастании и убывании магнитного потока.
3. Из-за наличия диода в цепи ток через неё будет идти только в одном из этих двух случаев, который мы и будем рассматривать.
4. Поскольку напряжение на выводах обмотки очень быстро нарастает до некоторого максимального значения, а затем также быстро убывает, то конденсатор не успеет зарядиться до упомянутого максимального напряжения. Поэтому при расчёте силы тока в цепи можно пренебречь напряжением на конденсаторе и считать, что по закону Ома для полной цепи сила тока равна
где Q — заряд конденсатора, связанный с напряжением на нём соотношением 
5. Таким образом, приращение заряда за малый промежуток времени
и за всё время импульса конденсатор зарядится до заряда 
и напряжения
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом: (в данном случае: поток вектора магнитной индукции, закон электромагнитной индукции, закон Ома для полной цепи, связь заряда и напряжения на конденсаторе); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); III) проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. | 3 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют. В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины). | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи. В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. Рамка площадью 2 см2Рамка, площадь которой S = 16 см 2 , вращается в однородном магнитном поле с частотой n = 2 с -1 . Ось вращения находится в плоскости рамки и перпендикулярна к направлению магнитного поля. Напряженность магнитного поля H = 79,6 кА/м. Найти зависимость магнитного потока Ф, пронизывающего рамку, от времени t и наибольшее значение Ф max магнитного потока. Дано: Решение: При равномерном вращении рамки с угловой скоростью ω магнитный поток, пронизывающий площадь, ограниченную этой рамкой, будет непрерывно изменяться с течением времени по закону где S — площадь рамки; α — угол между нормалью к плос кости и вектором В. Время будем отсчитывать с момента, когда α = 0. То гда в момент времени t α = w t =2π nt + φ 0 , следовательно, |