Тип 25 № 19716 
Электродинамика (расчетная задача высокого уровня). Электродинамика
i
Рамка площадью S = 0,5 см2, содержащая N = 100 витков провода, очень быстро пролетает между полюсами электромагнита, создающего индукцию магнитного поля B = 2 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 = 2 кОм и конденсатор емкостью C = 5 мкФ. Какую энергию в результате запасет конденсатор?
Решение. 1. Во время пролета 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 нее 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 расчете 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 нем соотношением 
5. Таким образом, приращение заряда за малый промежуток времени
и за все время импульса конденсатор зарядится до заряда 
и запасет энергию
Ответ: 2,5 мкДж.
Критерии проверки:| 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 энергии конденсатора с его зарядом и емкостью); 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 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 один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. И ( ИЛИ ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). И ( ИЛИ ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И ( ИЛИ ) Отсутствует пункт IV, или в нем 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. ИЛИ 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. ИЛИ В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной 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: 2,5 мкДж.
а затем столь же быстро убывает до нуля.