L/C контур — Задание 25 ЕГЭ по физике №00019531

Идея

Сначала разберёмся, что происходило до размыкания: ключ долго замкнут, всё устоялось. Затем ключ размыкают — и в контуре LC начинаются колебания. «Начальное состояние» свяжем с колебаниями через энергию.

Шаг 1. Что было до размыкания

Катушка идеальная (без сопротивления), поэтому в установившемся режиме напряжение на ней нулевое — а значит, и на параллельном ей конденсаторе ноль. Через катушку течёт постоянный ток $I_0=\dfrac{\varepsilon}{r}=\dfrac{6}{2}=3$ А.

Шаг 2. Находим ёмкость

После размыкания энергия катушки перельётся в конденсатор. По условию амплитуда напряжения равна $\varepsilon$, поэтому $\dfrac{LI_0^2}{2}=\dfrac{CU_{\max}^2}{2}$ при $U_{\max}=\varepsilon$. Отсюда $C=\dfrac{LI_0^2}{\varepsilon^2}=\dfrac{10^{-3}\cdot9}{36}=2{,}5\cdot10^{-4}$ Ф.

Шаг 3. Частота и время

$\omega=\dfrac{1}{\sqrt{LC}}=\dfrac{1}{\sqrt{10^{-3}\cdot2{,}5\cdot10^{-4}}}=2000$ рад/с. Напряжение на конденсаторе растёт от нуля как синус и впервые достигает амплитуды (то есть $\varepsilon$) через четверть периода: $t=\dfrac{T}{4}=\dfrac{\pi}{2\omega}=\dfrac{\pi}{4000}\approx7{,}85\cdot10^{-4}$ с.