Задание №25 ЕГЭ Физика: разбор и критерии
Ответ на это задание — развёрнутое решение. В тренажёре его проверяет ИИ по официальным критериям ФИПИ, а здесь есть эталонное решение из банка.
Условие
Горизонтальный проводящий стержень прямоугольного сечения поступательно движется с ускорением вверх по гладкой наклонной плоскости в вертикальном однородном магнитном поле (см. рис.).
По стержню протекает ток I. Угол наклона плоскости α = 30 °. Отношение массы стержня к его длине m/L = 0,1 кг/м. Модуль индукции магнитного поля B = 0,2 Тл. Ускорение стержня a = 1,9 м/с². Чему равна сила тока в стержне?
Подсказки — как подойти к решению
- Сделай чертёж: на стержень действуют сила тяжести, сила реакции опоры и сила Ампера. Учти, что в условии сила Ампера направлена горизонтально, поэтому её проекция на ось вдоль наклонной плоскости содержит косинус угла наклона.
- Запиши второй закон Ньютона в проекциях на ось вдоль наклонной плоскости: ускорение создают проекция силы тяжести и проекция силы Ампера. Модуль силы Ампера находи как F = IBL, поскольку ток перпендикулярен вектору магнитной индукции.
Решение
1. На рисунке показаны силы, действующие на стержень с током:
— сила тяжести mḡ, направленная вертикально вниз;
— сила реакции опоры N̄, направленная перпендикулярно к наклонной плоскости;
— сила Ампера F̄_А, направленная горизонтально вправо, что вытекает из условия задачи.
2. Модуль силы Ампера F_А = IBL sin β, где угол между направлением тока и вектором магнитной индукции sin β = 1.
3. Систему отсчета, связанную с наклонной плоскостью, считаем инерциальной. Для решения задачи достаточно записать второй закон Ньютона N̄ + F̄_A + m ḡ = m ā.
В проекциях на ось х (см. рис.):
ma = − mg sin α + IBL cos α.
Отсюда находим I = (m (a + g sin α))/(LB cos α) = (0,1 · (1,9 + 10 · sin 30 °))/(0,2 · cos 30 °) ≈ 4 А.
Ответ: I≈ 4 А.
Критерии оценивания ФИПИ
| Критерий (до 3 баллов) | Балл |
|---|---|
| Баллы Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении — выражение для силы Ампера и второй закон Ньютона); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ (включая единицы измерения). При этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями). | — |
| 3 Представленное решение содержит п. 1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков. В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка. ИЛИ Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены. ИЛИ Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде. ИЛИ Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа. | — |
| 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 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 |
Типичные ошибки
- Ученик путает углы при проецировании силы Ампера и берёт синус вместо косинуса угла наклона плоскости, потому что не учитывает: сила Ампера направлена горизонтально, а не вдоль плоскости.
В тренажёре: подсказки по шагам, разбор твоей ошибки ИИ-репетитором (он не даёт готовый ответ), повторение ошибок по интервалам и общий прогресс. Все задания №25 по физике · Разбор темы №25 с нуля