Тип 25 № 29199 
Электродинамика (расчетная задача высокого уровня). Магнетизм
i
Квадратная проводящая рамка с длинами сторон 2a = 24 см закреплена на горизонтальной оси О, установленной в неподвижных подшипниках и проходящей через середины двух противоположных сторон рамки. К центру этой оси жестко приделана легкая штанга длиной l = 12 см с маленьким грузиком массой m = 150 г на конце, перпендикулярная плоскости рамки. Вся эта конструкция может свободно вращаться на оси и находится в однородном горизонтальном магнитном поле с индукцией B = 0,8 Тл, направленной перпендикулярно оси рамки (см. рис., вид сбоку вдоль оси). По рамке с помощью гибких проводов начали пропускать постоянный ток, в результате чего в новом положении равновесия рамка со штангой повернулась вокруг оси на угол 
Чему равна сила тока I в рамке?
Решение. 
1. Изобразим систему после поворота, указав силы, обеспечивающие ее равновесие в новом положении (см. рис.).
2. Поскольку система может только свободно вращаться вокруг неподвижной оси, важны моменты сил относительно этой оси, сумма которых должна равняться нулю. Это силы Ампера FA, действующие на стороны рамки с током, перпендикулярные к плоскости рисунка, и сила тяжести mg, приложенная к грузику. Остальные силы в системе не создают моментов относительно оси и могут не учитываться.
3. По закону Ампера 
таких сил две, и момент этой пары сил Ампера равен
Момент силы тяжести грузика направлен в противоположную сторону и равен 
4. Приравнивая эти моменты, получаем:
откуда
5. Подставляя численные данные из условия задачи, получаем:
Ответ: 
Критерии проверки:| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае — закон Ампера, условия равновесия твердого тела, выражение для момента силы); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, и обозначений величин, используемых в условии задачи); III) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, 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 следующие недостатки. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. ИЛИ В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения(не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и тому подобное). ИЛИ В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и(или) преобразования/ вычисления не доведены до конца. ИЛИ Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка. | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа. ИЛИ В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
Ответ: 
PDF-версии: горизонтальная · вертикальная · крупный шрифт · с большим полем