ID: 00028604
Конденсатор идеального 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 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.
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) энергия магнитного поля катушки
2) сила тока в катушке
3) заряд левой обкладки конденсатора
4) энергия электрического поля конденсатора А Б 1 2 3 4 1 2 3 4
Источник: ФИПИ
Конденсатор идеального колебательного контура долго был подключён к источнику постоянного напряжения — значит перед переключением он полностью заряжен, а тока в контуре ещё нет: заряд и энергия электрического поля максимальны, энергия магнитного поля и ток равны нулю. В момент t=0 переключатель K переводят в положение 2, конденсатор замыкают на катушку, и начинаются свободные колебания.
График А стартует с максимума, дважды за время T опускается до нуля и снова поднимается — и остаётся всегда неотрицательным. Такое поведение свойственно именно энергии: энергия электрического поля конденсатора в момент t=0 максимальна (конденсатор был полностью заряжен), а затем колеблется между нулём и максимумом с периодом T/2. Это график энергии электрического поля конденсатора (вариант 4).
График Б стартует с нуля, поднимается до положительного пика, затем уходит в отрицательную область и снова возвращается к нулю — то есть меняет знак. Из всех величин в списке только сила тока может быть отрицательной (энергия — никогда), а ток в момент t=0 действительно равен нулю (конденсатор был заряжен, но тока ещё не было). Значит график Б — это сила тока в катушке (вариант 2).
Итог: график А — энергия электрического поля конденсатора (4), график Б — сила тока в катушке (2). И всё сходится: энергия качается между нулём и максимумом, никогда не становясь отрицательной, а ток честно меняет направление вместе с перезарядкой конденсатора.