На рисунке приведён график — Задание 15 ЕГЭ физика

Задание №15. Электродинамика. Установление Соответствия

L/C контур

№2. Задание 15

ID: 00026052

На рисунке приведён график зависимости силы тока от времени в катушке индуктивности идеального колебательного контура.

Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимость которых от времени эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ А) Б)

1) индуктивность катушки

2) напряжение на обкладках конденсатора

3) энергия электрического поля конденсатора

4) энергия магнитного поля катушки А Б 1 2 3 4 1 2 3 4

Рисунок к заданию 15 ЕГЭ по физике — L/C контур

Источник: ФИПИ

Решение

На рисунке дан график силы тока в катушке идеального колебательного контура: он стартует с нуля, сначала уходит в отрицательную область, потом переходит в положительную, и заканчивается на прежнем уровне к моменту T.

График А стартует с нуля и даёт два одинаковых горба за время T, никогда не опускаясь ниже оси. Энергия магнитного поля катушки пропорциональна квадрату тока: $W_L\sim i^2$ . Возведение в квадрат убирает знак и удваивает частоту колебаний — именно поэтому энергия обращается в ноль дважды за период (когда ток проходит через ноль в обе стороны) и достигает максимума тоже дважды (в момент каждого из двух экстремумов тока). Это в точности график А — энергия магнитного поля катушки (вариант 4).

График Б — это тоже знакопеременная синусоида периода T, но сдвинутая по фазе относительно исходного графика тока (у неё сначала положительный горб, а не отрицательный, как у тока). Такой сдвиг на четверть периода типичен для напряжения на конденсаторе относительно тока: $i=C\dfrac{du}{dt}$ , поэтому напряжение отстаёт (или опережает) по фазе от тока. Это график напряжения на обкладках конденсатора (вариант 2).

Обрати внимание: индуктивность катушки (вариант 1) — это вообще не колеблющаяся величина, а постоянный параметр самой катушки, поэтому она не может соответствовать ни одному из двух графиков.

Итог: график А — энергия магнитного поля катушки (4), график Б — напряжение на обкладках конденсатора (2).