Колебательный контур и формула Томсона — 11 класс

Задачи на период и частоту LC-контура, превращения энергии и связь между зарядом конденсатора и током.

  • 8 вопросов
  • ≈ 8 мин
  • Средний
  • физика
  • 11 класс
  • электромагнитные колебания

Вопросы и ответы

Выберите ответ мысленно и откройте пояснение для проверки.

  1. В идеальном LC-контуре заряд конденсатора достиг максимума. Каков в этот момент ток в катушке?

    • Постоянен и отличен от нуля
    • Равен половине максимального
    • Максимален по модулю
    • Равен нулю
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Равен нулю

    При максимальном заряде вся энергия сосредоточена в электрическом поле конденсатора. Энергия магнитного поля катушки и ток в этот момент равны нулю.

  2. Конденсатор идеального контура разрядился до нулевого заряда. Как распределена энергия?

    • Энергия исчезла
    • Энергии двух полей одинаковы
    • Вся энергия находится в электрическом поле конденсатора
    • Вся энергия находится в магнитном поле катушки
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Вся энергия находится в магнитном поле катушки

    При нулевом заряде напряжение на конденсаторе равно нулю. Ток максимален по модулю, и энергия находится в магнитном поле.

  3. Во сколько раз возрастёт период идеального LC-контура, если увеличить ёмкость в девять раз при неизменной индуктивности?

    • В восемьдесят один раз
    • В девять раз
    • В три раза
    • В √3 раза
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: В три раза

    Формула Томсона T = 2π√(LC) даёт зависимость T от √C. Квадратный корень из 9 равен 3.

  4. Индуктивность LC-контура уменьшили в четыре раза, а ёмкость увеличили в четыре раза. Как изменится частота?

    • Не изменится
    • Увеличится в шестнадцать раз
    • Увеличится в четыре раза
    • Уменьшится в четыре раза
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Не изменится

    Произведение LC сохранилось. Поэтому не изменились ни период, ни обратная ему частота.

  5. Период электрических колебаний в контуре равен 5 мкс. Какова частота?

    • 200 кГц
    • 5 МГц
    • 20 кГц
    • 50 кГц
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 200 кГц

    f = 1/T = 1/(5 × 10⁻⁶ с) = 200 000 Гц, то есть 200 кГц.

  6. Конденсатор ёмкостью 4 мкФ заряжен до 10 В, ток в катушке в этот момент нулевой. Какова энергия идеального контура?

    • 400 мкДж
    • 200 мкДж
    • 20 мкДж
    • 40 мкДж
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 200 мкДж

    Энергия равна CU²/2. Подстановка даёт 4 × 10⁻⁶ × 100 / 2 = 2 × 10⁻⁴ Дж, или 200 мкДж.

  7. В идеальном контуре заряд был максимальным в момент t = 0. Через какое время он впервые станет нулевым?

    • Через полный период
    • Через четверть периода
    • Через половину периода
    • Через два периода
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Через четверть периода

    Заряд меняется по косинусу, если отсчёт начат с максимума. Первый нуль соответствует четверти полного цикла.

  8. В реальном контуре после отключения источника амплитуда свободных колебаний постепенно уменьшается. Чем это объяснить?

    • Ёмкость при каждом колебании обязательно удваивается
    • Энергия в сопротивлении непрерывно превращается в новую электрическую энергию
    • Магнитное поле катушки перестаёт зависеть от тока
    • Часть энергии рассеивается, в том числе в сопротивлении проводов
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Часть энергии рассеивается, в том числе в сопротивлении проводов

    Сопротивление приводит к нагреванию. Энергия колебаний уменьшается, поэтому они затухают.

В идеальном LC-контуре энергия переходит от электрического поля конденсатора к магнитному полю катушки и обратно. Вопросы помогут сопоставить моменты максимального заряда, нулевого заряда и максимального тока.

В формуле Томсона период пропорционален квадратному корню из произведения индуктивности и ёмкости. Сначала сравните произведения LC, затем решите, во сколько раз меняются период и частота.