ID: 00017744
Конденсатор идеального колебательного контура длительное время подключён к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент времени t=0 переключатель K переводят из положения 1 в положение 2. Приведённые ниже графики А) и Б) представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре после этого (T — период электромагнитных колебаний в контуре).
Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять.
На графике А величина всё время неотрицательна и совершает два полных колебания за время T (период графика T/2), в начальный момент равна нулю. На графике Б величина меняет знак, совершает одно колебание за период T и в момент t=0 находится в наибольшем по модулю (отрицательном) значении.
ГРАФИК: А), Б)
ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
1) Сила тока в катушке
2) Энергия магнитного поля катушки
3) Энергия электрического поля конденсатора
4) Заряд на правой обкладке конденсатора
Источник: ФИПИ
В начальный момент (t=0) конденсатор только что отключили от источника — он заряжен «под завязку», а ток в катушке ещё равен нулю. Дальше энергия перетекает туда-обратно между конденсатором и катушкой. Ключ к задаче — два признака графика: знак (энергия не бывает отрицательной, а ток и заряд — бывают) и период (у энергии период вдвое короче, T/2).
Кривая всё время неотрицательна и имеет период T/2 — значит, это энергия. В момент t=0 ток равен нулю, поэтому энергия магнитного поля катушки W_L\sim I^2 в этот миг равна нулю — и график А как раз стартует с нуля. Значит, А — это энергия магнитного поля катушки, вариант 2.
Кривая меняет знак и имеет полный период T — это либо ток, либо заряд. В t=0 ток равен нулю, а вот заряд максимален. График Б стартует с наибольшего по модулю значения, значит это заряд. Конденсатор зарядился от источника так, что правая обкладка получила максимальный (отрицательный) заряд: q=-q_0\cos\omega t. Это вариант 4.
Ответ: 24