Задание 15 ЕГЭ по физике · задача 695D7E
|
|
Конденсатор колебательного контура длительное время подключён к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент t = 0 переключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б отображают изменения физических величин, характеризующих свободные электромагнитные колебания в контуре после этого ( T – период колебаний). Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут отображать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| ГРАФИКИ | ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ | |||||||||||||
|
|
Показать ответ и разбор
Ответ: 23
Разбор
Привет! Давай разберёмся с этой задачей на электромагнитные колебания. Тема может показаться немного запутанной из-за обилия графиков, но если мы аккуратно проследим за тем, что происходит в контуре в самом начале, всё встанет на свои места.
Шаг 1. Анализируем начальное состояние $(t = 0)$
До момента $t = 0$ ключ находился в положении 1. Это значит, что конденсатор был подключён к источнику постоянного напряжения. Посмотрим на полярность источника: слева минус, справа плюс. Значит, левая обкладка конденсатора зарядилась отрицательно $(-q_{0})$, а правая — положительно $(+q_{0})$. Тока в цепи нет, так как конденсатор заряжен полностью, поэтому энергия магнитного поля катушки равна нулю $(W_{L} = 0)$.
Шаг 2. Разбираем график А
График А начинается с нуля и принимает только положительные значения. Период колебаний этой величины в два раза меньше периода колебаний заряда или тока (за время T на графике укладывается два полных цикла).
Что у нас равно нулю в начальный момент и всегда положительно? Энергия магнитного поля катушки! Формула энергии: $W_{L} = \dfrac{LI^{2}}{2}$. В момент $t=0$ ток $I=0$, значит $W_{L}=0$. Энергия всегда неотрицательна и колеблется с удвоенной частотой. Значит, график А — это энергия магнитного поля катушки (2).
Шаг 3. Разбираем график Б
График Б начинается с отрицательного значения $(-q_{0})$ и совершает гармонические колебания, принимая как положительные, так и отрицательные значения. Период колебаний равен T.
Вспоминаем наш первый шаг: в момент $t=0$ левая обкладка конденсатора заряжена отрицательно. Значит, график Б идеально описывает заряд левой обкладки конденсатора (4).
Давай проверим остальные варианты, чтобы быть уверенными:
1) Модуль напряжения на конденсаторе: модуль всегда положителен, но в момент $t=0$ напряжение максимально, а не равно нулю. Не подходит ни к А, ни к Б.
3) Заряд правой обкладки: в момент $t=0$ он положителен $(+q_{0})$, график начинался бы сверху. Не подходит.
Итог:
А — 2 (энергия магнитного поля катушки)
Б — 4 (заряд левой обкладки конденсатора)
Ответ: 24. Ты отлично справляешься, продолжай в том же духе!
Шаг 1. Анализируем начальное состояние $(t = 0)$
До момента $t = 0$ ключ находился в положении 1. Это значит, что конденсатор был подключён к источнику постоянного напряжения. Посмотрим на полярность источника: слева минус, справа плюс. Значит, левая обкладка конденсатора зарядилась отрицательно $(-q_{0})$, а правая — положительно $(+q_{0})$. Тока в цепи нет, так как конденсатор заряжен полностью, поэтому энергия магнитного поля катушки равна нулю $(W_{L} = 0)$.
Шаг 2. Разбираем график А
График А начинается с нуля и принимает только положительные значения. Период колебаний этой величины в два раза меньше периода колебаний заряда или тока (за время T на графике укладывается два полных цикла).
Что у нас равно нулю в начальный момент и всегда положительно? Энергия магнитного поля катушки! Формула энергии: $W_{L} = \dfrac{LI^{2}}{2}$. В момент $t=0$ ток $I=0$, значит $W_{L}=0$. Энергия всегда неотрицательна и колеблется с удвоенной частотой. Значит, график А — это энергия магнитного поля катушки (2).
Шаг 3. Разбираем график Б
График Б начинается с отрицательного значения $(-q_{0})$ и совершает гармонические колебания, принимая как положительные, так и отрицательные значения. Период колебаний равен T.
Вспоминаем наш первый шаг: в момент $t=0$ левая обкладка конденсатора заряжена отрицательно. Значит, график Б идеально описывает заряд левой обкладки конденсатора (4).
Давай проверим остальные варианты, чтобы быть уверенными:
1) Модуль напряжения на конденсаторе: модуль всегда положителен, но в момент $t=0$ напряжение максимально, а не равно нулю. Не подходит ни к А, ни к Б.
3) Заряд правой обкладки: в момент $t=0$ он положителен $(+q_{0})$, график начинался бы сверху. Не подходит.
Итог:
А — 2 (энергия магнитного поля катушки)
Б — 4 (заряд левой обкладки конденсатора)
Ответ: 24. Ты отлично справляешься, продолжай в том же духе!