ID: 00010653
В идеальном колебательном контуре, состоящем из конденсатора ёмкостью \frac{32}{π} мкФ и катушки индуктивности, происходят незатухающие колебания. Напряжение U на конденсаторе изменяется со временем t по закону U(t)=5 \cdot cos\frac{(π⋅10⁵⋅t)}{8}
Выберите из предложенного перечня утверждений все верные.
1) Период изменения заряда конденсатора равен 160 мкс.
2) Круговая частота ω изменения энергии катушки равна \frac{(π⋅10⁵)}{4} рад/с.
3) Индуктивность катушки равна \frac{\sqrt {2}}{π} мГн.
4) Максимальное значение заряда конденсатора равно \frac{π}{8} мкКл.
5) Энергия, запасённая в конденсаторе в момент времени t = 0, равна \frac{0,4}{π} мДж.
Источник: ФИПИ
В идеальном контуре C = \dfrac{32}{\pi} мкФ, напряжение меняется по закону U(t) = 5\cos\!\left(\dfrac{\pi \cdot 10^{5}}{8}\, t\right) В. Отсюда сразу читаем параметры колебаний: амплитуда напряжения U_0 = 5 В, а круговая частота \omega = \dfrac{\pi \cdot 10^{5}}{8} рад/с. Проверим каждое утверждение.
1) Заряд конденсатора колеблется с той же частотой, что и напряжение (q = CU). Его период
T = \frac{2\pi}{\omega} = \frac{2\pi \cdot 8}{\pi \cdot 10^{5}} = 1{,}6 \cdot 10^{-4}\ \text{с} = 160\ \text{мкс}.
Совпадает с утверждением — верно.
2) Энергия и в конденсаторе, и в катушке зависит от квадрата величины (W_C \sim U^2), а квадрат косинуса колеблется вдвое быстрее самой величины. Значит круговая частота колебаний энергии вдвое больше: 2\omega = \dfrac{\pi \cdot 10^{5}}{4} рад/с — верно.
3) Индуктивность найдём из формулы \omega^2 = \dfrac{1}{LC}:
L = \frac{1}{\omega^2 C} = \frac{0{,}2}{\pi}\ \text{мГн},
а в утверждении стоит \dfrac{\sqrt{2}}{\pi} мГн — значения не совпадают, неверно.
4) Максимальный заряд q_0 = C U_0 = \dfrac{32}{\pi}\cdot 10^{-6} \cdot 5 = \dfrac{160}{\pi}\ \text{мкКл}, а не \dfrac{\pi}{8} мкКл — неверно.
5) В момент t = 0 напряжение максимально (\cos 0 = 1), вся энергия сосредоточена в конденсаторе:
W = \frac{C U_0^2}{2} = \frac{1}{2}\cdot\frac{32}{\pi}\cdot 10^{-6}\cdot 25 = \frac{0{,}4}{\pi}\ \text{мДж}.
Совпадает с утверждением — верно.