Задание 14: Электродинамика. Анализ физических процессов

Типичная формулировка: «Выберите все утверждения, соответствующие результатам опыта, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны». Даётся схема установки, график или таблица с результатами измерений (обычно 5–7 строк), а также 5 утверждений, из которых нужно выбрать все верные (их может быть от 0 до 5, но обычно два).

Ответ — последовательность цифр без пробелов и разделителей, порядок цифр не важен (например, «24» и «42» — один и тот же верный ответ). Задание оценивается в 2 балла:

• 2 балла — указаны все верные цифры без единой лишней; …

Электрические цепи:

• Закон Ома для полной цепи: $\varepsilon = IR + Ir$, откуда напряжение на внешнем участке (то, что показывает вольтметр): $U = \varepsilon - Ir$.
• Ток короткого замыкания: при $R=0$ (значит $U=0$) $I_{кз} = \dfrac{\varepsilon}{r}$.
• На графике $U(I)$ (ВАХ источника с реостатом): пересечение с осью $U$ при $I=0$ даёт ЭДС, пересечение с осью $I$ при $U=0$ даёт ток короткого замыкания, а наклон прямой равен $-r$ (внутреннему сопротивлению, со знаком минус).
• Закон Ома для участка цепи: $U = IR$.
• Электроёмкость конденсатора: $C = \dfrac{q}{U}$; при линейной зависимости $U(q)$ ёмкость равна обратному наклону графика.
• Энергия конденсатора: $W = \dfrac{qU}{2} = \dfrac{CU^2}{2} = \dfrac{q^2}{2C}$.
• Заряд RC-цепи через резистор: сила тока убывает по экспоненте $I(t) = I_0 e^{-t/\tau}$, где $\tau = RC$ — постоянная времени, а $I_0 = \dfrac{\varepsilon}{R}$ (в момент $t=0$ конденсатор разряжен и всё напряжение падает на резисторе).
• Напряжение на конденсаторе при зарядке: $U_C(t) = \varepsilon\left(1-e^{-t/\tau}\right)$, при этом в любой момент $\varepsilon = U_R(t) + U_C(t)$.
• Формально конденсатор «заряжается полностью» только при $t\to\infty$ — за конечное время это невозможно, даже если ток стал меньше погрешности прибора.

Магнетизм:

• Магнитный поток: $\Phi = BS\cos\alpha$.
• ЭДС электромагнитной индукции: $\varepsilon_i = -\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}$ (правило Ленца определяет знак и направление тока).
• Сила Ампера: $F = BIL\sin\alpha$; сила Лоренца: $F = qvB\sin\alpha$.

Оптика:

…

1. Определить характер зависимости на графике или в таблице: линейная, экспоненциальная, периодическая.
2. Выписать все числовые данные, которые можно снять с графика/таблицы (крайние точки, наклон, пересечения с осями).
3. Подобрать формулы, связывающие эти величины (закон Ома, $C=q/U$, $\Phi=BS\cos\alpha$ и т.д.).
4. Проверить каждое утверждение отдельно, подставляя числа и следя за единицами измерения (особенно за приставками мк-, м-, к-).
5. Отбросить утверждения, которые противоречат расчёту, логике процесса (например, «полностью зарядился» за конечное время) или требуют данных, которых нет в условии.
6. Выбрать все оставшиеся верные утверждения, перепроверить хотя бы одно вычисление ещё раз перед записью ответа.