Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 21 № 3656
i

В за­зо­ре между по­лю­са­ми элек­тро­маг­ни­та со­зда­но силь­ное маг­нит­ное поле, линии ин­дук­ции ко­то­ро­го прак­ти­че­ски го­ри­зон­таль­ны. Над за­зо­ром на не­ко­то­рой вы­со­те удер­жи­ва­ют длин­ную плос­кую мед­ную пла­стин­ку, па­рал­лель­ную вер­ти­каль­ным по­верх­но­стям по­лю­сов (см. рис.). Затем пла­стин­ку от­пус­ка­ют без на­чаль­ной ско­ро­сти, и она па­да­ет, про­хо­дя через зазор между по­лю­са­ми, не ка­са­ясь их. Опи­ши­те, опи­ра­ясь на фи­зи­че­ские за­ко­ны, как и по­че­му будет из­ме­нять­ся ско­рость пла­стин­ки во время ее па­де­ния.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

1.  Сна­ча­ла пла­стин­ка на­чи­на­ет па­дать под дей­стви­ем силы тя­же­сти с уско­ре­ни­ем сво­бод­но­го па­де­ния \vecg, при этом ее ско­рость уве­ли­чи­ва­ет­ся.

2.  Как толь­ко ниж­ний край пла­стин­ки до­сти­га­ет об­ла­сти между по­лю­са­ми маг­ни­та, в ко­то­рой су­ще­ству­ет силь­ное маг­нит­ное поле, маг­нит­ный поток через пла­стин­ку на­чи­на­ет воз­рас­тать, и в ней по за­ко­ну элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции Фа­ра­дея по­яв­ля­ют­ся вих­ре­вые ин­дук­ци­он­ные токи («токи Фуко»). Эти токи вза­и­мо­дей­ству­ют по за­ко­ну Ам­пе­ра с маг­нит­ным полем маг­ни­та, и, в со­от­вет­ствии с пра­ви­лом Ленца, по­яв­ля­ет­ся сила, тор­мо­зя­щая па­де­ние пла­стин­ки. По­это­му уско­ре­ние пла­стин­ки на­чи­на­ет умень­шать­ся.

3.  Когда тор­мо­зя­щая сила срав­ни­ва­ет­ся с силой тя­же­сти, то уско­ре­ние пла­стин­ки ста­но­вит­ся рав­ным нулю, и пла­стин­ка далее па­да­ет в за­зо­ре элек­тро­маг­ни­та с по­сто­ян­ной ско­ро­стью.

4.  Когда верх­ний край пла­стин­ки до­сти­га­ет верх­не­го края за­зо­ра элек­тро­маг­ни­та, маг­нит­ный поток через пла­стин­ку на­чи­на­ет па­дать, и тор­мо­зя­щая сила умень­ша­ет­ся. При этом в со­от­вет­ствии со вто­рым за­ко­ном Нью­то­на ско­рость пла­стин­ки воз­рас­та­ет, и после ее вы­хо­да из маг­нит­но­го поля про­дол­жа­ет­ся па­де­ние с уско­ре­ни­ем сво­бод­но­го па­де­ния \vecg.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
При­ве­де­но пол­ное пра­виль­ное ре­ше­ние, вклю­ча­ю­щее пра­виль­ный ответ (в дан­ном слу­чае п. п. 1–4) и ис­чер­пы­ва­ю­щие вер­ные рас­суж­де­ния с ука­за­ни­ем на­блю­да­е­мых яв­ле­ний и за­ко­нов (в дан­ном слу­чае  — яв­ле­ние элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции и закон элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции Фа­ра­дея, воз­ник­но­ве­ние ин­дук­ци­он­ных токов, закон Ам­пе­ра, пра­ви­ло Ленца, ука­за­ние при­чин по­яв­ле­ния и по­сле­ду­ю­ще­го ис­чез­но­ве­ния тор­мо­зя­щей силы).3
Ука­за­ны все не­об­хо­ди­мые для объ­яс­не­ния яв­ле­ния и за­ко­ны, за­ко­но­мер­но­сти, и дано пра­виль­ное объ­яс­не­ние, но со­дер­жит­ся один из сле­ду­ю­щих не­до­стат­ков.

В пред­став­лен­ных за­пи­сях со­дер­жат­ся лишь общие рас­суж­де­ния без при­вяз­ки к кон­крет­ной си­ту­а­ции за­да­чи.

ИЛИ

Рас­суж­де­ния, при­во­дя­щие к от­ве­ту, пред­став­ле­ны не в пол­ном объ­е­ме, или в них со­дер­жат­ся ло­ги­че­ские не­до­че­ты.

2
Пред­став­ле­ны за­пи­си, со­от­вет­ству­ю­щие од­но­му из сле­ду­ю­щих слу­ча­ев.

Ука­за­ны не все не­об­хо­ди­мые яв­ле­ния и фи­зи­че­ские за­ко­ны, даже если дан пра­виль­ный ответ на во­прос за­да­ния.

ИЛИ

Ука­за­ны все не­об­хо­ди­мые яв­ле­ния и фи­зи­че­ские за­ко­ны, но в не­ко­то­рых из них до­пу­ще­на ошиб­ка, даже если дан пра­виль­ный ответ на во­прос за­да­ния.

ИЛИ

Ука­за­ны все не­об­хо­ди­мые для объ­яс­не­ния яв­ле­ния и за­ко­ны, за­ко­но­мер­но­сти, но име­ю­щи­е­ся рас­суж­де­ния, на­прав­лен­ные на по­лу­че­ние от­ве­та на во­прос за­да­ния, не до­ве­де­ны до конца.

ИЛИ

Ука­за­ны все не­об­хо­ди­мые для объ­яс­не­ния яв­ле­ния и за­ко­ны, за­ко­но­мер­но­сти, но име­ю­щи­е­ся рас­суж­де­ния, при­во­дя­щие к вер­но­му от­ве­ту, со­дер­жат ошиб­ки.

1
Все слу­чаи ре­ше­ния, ко­то­рые не со­от­вет­ству­ют вы­ше­ука­зан­ным кри­те­ри­ям вы­став­ле­ния оце­нок в 1, 2, 3 балла.0
Мак­си­маль­ный балл3
Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ:
Гость 07.06.2012 13:55

В ре­ше­нии на­пи­са­но:

"Когда верх­ний край пла­стин­ки до­сти­га­ет верх­не­го края за­зо­ра элек­тро­маг­ни­та, маг­нит­ный поток через пла­стин­ку на­чи­на­ет па­дать, и тор­мо­зя­щая сила умень­ша­ет­ся..."

При умень­ше­нии маг­нит­но­го по­то­ка воз­ни­ка­ет ЭДС ин­дук­ции (и токи ФУКО), ко­то­рые будут тор­мо­зить из­ме­не­ние маг­нит­но­го по­то­ка, т.е из­ме­нит­ся на­прав­ле­ние тока, но тор­мо­зя­щая сила будет. Или я не права?

А вот в се­ре­ди­не про­цес­са, когда пе­ред­ний и зад­ний края да­ле­ко от маг­нит­но­го поля (если пла­сти­на боль­шая), нет из­ме­не­ний маг­нит­но­го по­то­ка и ЭДС долж­на стать рав­ной нулю.

С ува­же­ни­ем ТИЮ (учи­тель)

Алексей

Доб­рый день, Ирина Юрьев­на!

Про­яс­ню си­ту­а­цию. Я сам за­да­чи части С не решал, здесь при­ве­де­ны офи­ци­аль­ные ре­ше­ния из раз­ных ис­точ­ни­ков. По­это­му, пер­вый раз уви­дев дан­ную за­да­чу, могу Вам толь­ко на вскид­ку ска­зать сле­ду­ю­щее. Опре­де­лить, как будут рас­пре­де­лять­ся токи Фуко в про­из­воль­ном про­вод­ни­ке, что на­зы­ва­ет­ся, "на паль­цах" не пред­став­ля­ет­ся воз­мож­ным. Можно толь­ко вы­ска­зы­вать не­ко­то­рые пред­по­ло­же­ния. Мне ка­жет­ся, что в опи­сы­ва­е­мой Вами си­ту­а­ции, когда пла­стин­ка про­ле­та­ет маг­нит­ное полей своей се­ре­ди­ной, токи не про­па­дут. Какие ар­гу­мен­ты могу здесь при­ве­сти:

1) Если пред­по­ло­жить, что токов нет, то мы по­лу­ча­ем дви­жу­щу­ю­ся пла­сти­ну в маг­нит­ном поле. На сво­бод­ные за­ря­ды в ней все равно будет дей­ство­вать сила Ло­рен­ца, это будет при­во­дить к пе­ре­рас­пре­де­ле­нию за­ря­дов, а зна­чит, вновь будут по­яв­лять­ся какие-то токи.

2) Ваш ком­мен­та­рий, про то, что поток через пла­сти­ну не из­ме­ня­ет­ся. Вы тут рас­смат­ри­ва­е­те, как я по­ни­маю, поток через по­верх­ность, на­тя­ну­тую на всю пла­стин­ку (кон­тур по гра­ни­цам пла­сти­ны), тогда, вроде, дей­стви­тель­но по­лу­ча­ет­ся, что цир­ку­ля­ция век­то­ра на­пря­жен­но­сти элек­три­че­ско­го поля вдоль этого кон­ту­ра равна нулю. Но вот если брать кон­ту­ры по­мень­ше, то там вроде цир­ку­ля­ции уже не будут об­ра­щать­ся в ноль. То есть маг­нит­ное поле про­ни­зы­ва­ет все­гда оди­на­ко­вый по пло­ща­ди кусок пла­сти­ны, но это все время новые куски. Для каж­до­го кон­крет­но­го кон­ту­ра внут­ри пла­сти­ны, поток может из­ме­нять­ся.

3) Из лич­но­го опыта: не так давно в Санкт-Пе­тер­бур­ге про­хо­ди­ла вы­став­ка "За­зер­ка­лье". Так вот, там был экс­по­нат: две длин­ные па­рал­лель­ные вер­ти­каль­ные пла­сти­ны элек­тро­маг­ни­та между ко­то­ры­ми можно было пус­кать ме­тал­ли­че­ские диски. Эти диски дви­га­лись, по моим вос­по­ми­на­ни­ям, на про­тя­же­нии всего спус­ка прак­ти­че­ски рав­но­мер­но :)

 

Еще одно не­боль­шое за­ме­ча­ние, в ре­ше­нии на­пи­са­но, что тор­мо­зя­щая сила срав­ни­ва­ет­ся в не­ко­то­рый мо­мент с силой тя­же­сти. Вот в этом не уве­рен, мне ка­жет­ся, что тут мно­гое за­ви­сит от про­во­ди­мо­сти пла­сти­ны. У меди она хо­ро­шая, но все-таки не бес­ко­неч­ная, так что тут тоже можно по­дис­ку­ти­ро­вать :)

 

C ува­же­ние, Алек­сей.

Александр Николаев 17.06.2016 09:51

Здрав­ствуй­те!

 

Ре­ше­ние за­да­чи и прав­да вы­зы­ва­ет во­про­сы, на­при­мер, когда пла­сти­на пол­но­стью на­хо­дит­ся между об­клад­ка­ми и дви­жет­ся вниз в поле тя­же­сти с уско­ре­ни­ем, ЭДС, со­глас­но фор­му­ли­ров­ке з-на Фа­ра­дея: e= -dФ/dt = 0 (dФ=0). Зна­чит нет ин­дук­ци­он­ных токов, ко­то­рые бы ком­пен­си­ро­ва­ли своим полем из­ме­не­ние по­то­ка. То есть, по ло­ги­ке, пла­сти­на долж­на па­дать сво­бод­но и уско­рять­ся (уско­ре­ние g). С дру­гой сто­ро­ны, как вы за­ме­ти­ли, есть сила Ло­рен­ца, ко­то­рая дей­ству­ет на элек­тро­ны в про­вод­ни­ке и их пе­ре­рас­пре­де­ля­ет. То есть, пла­сти­на за­ря­жа­ет­ся, по­яв­ля­ет­ся некое элек­три­че­ское поле (Е = VxB), на­прав­лен­ное по­пе­рек пла­сти­ны. Од­на­ко пла­сти­на па­да­ет, зна­чит уско­ря­ет­ся, зна­чит ско­рость рав­но­мер­но уве­ли­чи­ва­ет­ся, а зна­чит уве­ли­чи­ва­ет­ся и ко­ли­че­ство за­ря­да на краях пла­сти­ны. От­сю­да по­лу­ча­ем ток I = dQ/dt, ко­то­рый течет по­пе­рек пла­сти­ны, и с ко­то­рым будет вза­и­мо­дей­ство­вать внеш­нее маг­нит­ное поле (сила Ам­пе­ра), зна­чит за счет силы Ам­пе­ра уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния будет на не­ко­то­рую ве­ли­чи­ну ком­пен­си­ро­вать­ся. Ве­ли­чи­на же ком­пен­са­ции уско­ре­ния будет за­ви­сеть от того, на­сколь­ко мгно­вен­но про­ис­хо­дит в про­вод­ни­ке пе­ре­рас­пре­де­ле­ние за­ря­да. Иными сло­ва­ми, ре­ше­ние за­да­чи вы­гля­дит не­пол­ным.