ЕГЭ 2022. Анализ ошибок. Пример 18

[Александр Сакович]

Пример 18. Резистор R и катушка индуктивности L с железным сердечником подключены к источнику постоянного тока, как показано на схеме. Первоначально ключ К замкнут, а через лампочки проходят соответственно токи I₁ = 0,2 А и I₂ = 1,5 А. Что произойдет с величиной и направлением тока через резистор после размыкания ключа К? Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

Здесь 18% участников смогли связать происходящие в цепи процессы с явлением самоиндукции, но получить полностью верный ответ (ток через резистор после размыкания ключа К меняет направление на противоположное и быстро достигает значения около 1,5 А, затем ток уменьшается до 0) смогли лишь 6% выпускников.

Источник. Демидова М.Ю. Методические рекомендации для учителей, подготовленные на основе анализа типичных ошибок участников ЕГЭ 2022 года по физике. — Москва, 2022.

[Александр Сакович]

Решение. 1. При замкнутом ключе ток течёт от плюса источника к минусу и в резисторе R будет направлен вправо (см. рисунок 1). Резистор и катушка соединены параллельно, поэтому токи в них будут направлены в одну сторону.

2. После размыкания ключа в катушке индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, которая будет препятствовать резкому уменьшению тока в катушке (по правилу Ленца). Поэтому ток I₃ в катушке продолжает течь в прежнем направлении (вправо), но, из-за потерь энергии на резисторе R, будет постепенно уменьшаться от 1,5 А до 0 А.
3. Резистор, после размыкания ключа, будет подключен последовательно к катушке, следовательно, иметь такой же по значению и направления ток I₃, т.е. ток в резисторе поменяет значение и направление. Теперь  ток в резисторе будет направлен влево (см. рисунок 2), а его значение резко изменится от I₁ = 0,2 А до I₂ = I₃ = 1,5 А, а затем постепенно будет уменьшаться до 0 А.
Ответ: Ток в резисторе вначале будет направлен вправо и иметь значение 0,2 А. После размыкания ключа ток поменяет направление и станет течь влево. Его значение резко изменится от 0,2 А до 1,5 А, а затем постепенно уменьшится до 0 А.