Zadanie 5. (0-3)
Lekki, aluminiowy pierścień zawieszono na nitce w pobliżu zwojnicy. Środek pierścienia
i środki pętli zwojnicy leżą na jednej prostej. Wewnątrz zwojnicy znajduje się pręt wykonany
z ferromagnetyka. Do zwojnicy podłączono źródło stałego napięcia i opornik suwakowy. Gdy
w obwodzie płynął prąd stały, to pierścień wisiał pionowo. Tę sytuację przedstawiono na
rysunku poniżej. Następnie suwak opornika przesuwano w różne strony i obserwowano
zachowanie się pierścienia.
Uwaga! Bliżej patrzącego jest część pierścienia narysowana grubszą linią.
a) (0-2)
Uzupełnij zdania 1. i 2., tak aby były prawdziwe. Podkreśl właściwe określenia wybrane
spośród podanych w nawiasach.
indukcja pola magnetycznego zwojnicy (rośnie / maleje / pozostaje stała).
\n( jest przyciągany / jest odpychany / nie jest ani przyciągany, ani odpychany) przez zwojnicę.
b) (0-1)
Zaznacz poprawne dokończenie zdania wybrane spośród A-C.
W sytuacji, gdy pierścień jest przyciągany przez zwojnicę, to prąd w pierścieniu jest taki, jak
przedstawiono na rysunku
A.
B.
C.
Wypełnia
egzaminator
Nr zadania
4.1.
4.2.
5.
Maks. liczba pkt
2
1
3
Uzyskana liczba pkt
I
I
I = 0
MFA_1R
Zadanie 5. (0-3)
Wymaganie ogólne
Wymagania szczegółowe
V. Planowanie i wykonywanie prostych
doświadczeń i analiza ich wyników.
Zdający:
9.1) szkicuje przebieg linii pola magnetycznego
w pobliżu magnesów trwałych i przewodników
z prądem (przewodnik liniowy, pętla, zwojnica);
9.2) oblicza wektor indukcji magnetycznej
wytworzonej przez przewodniki z prądem
(przewodnik liniowy, pętla, zwojnica);
9.11) stosuje regułę Lenza w celu wskazania
kierunku przepływu prądu indukcyjnego.
𝑄𝑄
S
A
𝑞𝑞
𝑄𝑄
𝑎𝑎
Rysunek 1.
𝐸𝐸ሬ⃗𝐴𝐴
Zasady oceniania rozwiązań zadań
a) (0-2)
Zasady oceniania
2 pkt - poprawne podkreślenia w dwóch zdaniach.
1 pkt - poprawne podkreślenie w jednym zdaniu.
0 pkt - brak spełnienia powyższych kryteriów.
Poprawna odpowiedź
pola magnetycznego wytwarzanego przez zwojnicę (rośnie / maleje / pozostaje stała).
\n(jest przyciągany / jest odpychany / nie jest ani przyciągany, ani odpychany) przez
zwojnicę.
b) (0-1)
Zasady oceniania
1 pkt - poprawna odpowiedź.
0 pkt - brak spełnienia powyższego kryterium.
Poprawna odpowiedź
A
5.a. ## Poprawna odpowiedz
\nZdanie 1. Gdy suwak opornika jest przesuwany w lewo (w strone zrodla napiecia), to indukcja pola magnetycznego zwojnicy ROSNIE.
\nZdanie 2. Jezeli indukcja pola magnetycznego wytwarzanego przez zwojnice rosnie, to pierscien JEST ODPYCHANY przez zwojnice.
\nKrok 1 - suwak w lewo a opor.
\nPrzesuniecie suwaka w lewo (do zrodla) zmniejsza dlugosc czynnego odcinka opornika suwakowego, czyli zmniejsza opor w obwodzie. Przy stalym napieciu zrodla \\(U = \\text{const}\\), z prawa Ohma:
\n\\[
I = \\frac{U}{R}, \\qquad R \\downarrow \\implies I \\uparrow
\\]
Prad w zwojnicy rosnie.
\nKrok 2 - prad a pole magnetyczne zwojnicy.
\nIndukcja pola wewnatrz zwojnicy z rdzeniem ferromagnetycznym:
\n\\[
B = \\mu_r \\mu_0 \\frac{N}{l} I
\\]
jest wprost proporcjonalna do pradu. Skoro \\(I\\) rosnie, to \\(B\\) rosnie -> zdanie 1: ROSNIE.
\nKrok 3 - rosnace pole a sila na pierscien (regula Lenza).
\nGdy \\(B\\) zwojnicy rosnie, rosnie strumien magnetyczny przez aluminiowy pierscien. Zgodnie z regula Lenza w pierscieniu indukuje sie prad, ktorego pole przeciwdziala wzrostowi strumienia - pole pierscienia jest skierowane przeciwnie do pola zwojnicy. Dwa przeciwnie skierowane pola (jak dwa magnesy zwrocone do siebie jednoimiennymi biegunami) sie odpychaja.
\n\\[
\\implies \\text{pierscien JEST ODPYCHANY -> zdanie 2: JEST ODPYCHANY}
\\]
📋 Zasady oceniania (zadanie 5a, 0-2 pkt) - wg oficjalnego klucza CKE:\n
- 2 pkt - poprawne podkreslenia w dwoch zdaniach.
- 1 pkt - poprawne podkreslenie w jednym zdaniu.
- 0 pkt - brak spelnienia powyzszych kryteriow.
- Poprawna odpowiedz: 1. ROSNIE; 2. JEST ODPYCHANY.
⚠️ Suwak w lewo = mniejszy opor = wiekszy prad = wieksze pole. Trzeba przesledzic caly lancuch; latwo pomylic kierunek (mniejszy opor, nie wiekszy).\n
⚠️ Rosnacy strumien -> odpychanie (regula Lenza). Prad indukowany przeciwdziala zmianie, wiec przy wzroscie pola pierscien jest odpychany, a przy spadku - przyciagany.\n
5.b. ## Poprawna odpowiedz
\n\\[\\boxed{\\text{A}}\\]
\nGdy pierscien jest przyciagany do zwojnicy, prad indukcyjny w pierscieniu plynie tak, jak na rysunku A (\\(I \\neq 0\\)).
\nKrok 1: Kiedy pierscien jest przyciagany?
\nZ czesci a) wynika, ze gdy indukcja pola zwojnicy rosnie, pierscien jest odpychany (regula Lenza: indukowany prad przeciwdziala wzrostowi strumienia, wiec pole pierscienia jest skierowane przeciwnie do pola zwojnicy -> odpychanie).
\nZatem przyciaganie zachodzi, gdy indukcja pola zwojnicy maleje - wtedy strumien przez pierscien maleje, a indukowany prad chce ten spadek zrekompensowac.
\nKrok 2: Kierunek pradu indukcyjnego.
\nSkoro strumien maleje, prad indukcyjny w pierscieniu plynie tak, by podtrzymac pole zwojnicy - jego pole magnetyczne jest zgodne z polem zwojnicy. Wtedy pierscien zachowuje sie jak magnes przyciagany przez zwojnice.
\nKrok 3: Identyfikacja rysunku.
\nPrzyciaganie -> odpowiedz A.
\n\\[\\boxed{\\text{A}}\\]
\n📋 Zasady oceniania (zadanie 5b, 0-1 pkt) - wg oficjalnego klucza CKE:\n
- 1 pkt - poprawna odpowiedz: A.
- 0 pkt - brak spelnienia powyzszego kryterium.
⚠️ Nie myl przyciagania z odpychaniem - to one wyznaczaja kierunek pradu. Przyciaganie zachodzi gdy strumien maleje (prad podtrzymuje pole zwojnicy), odpychanie gdy strumien rosnie.\n
⚠️ Odpowiedz C (\\(I = 0\\)) jest pulapka - prad indukcyjny powstaje zawsze, gdy strumien sie zmienia. Zero pradu oznaczaloby brak jakiegokolwiek oddzialywania."}]}