В электрической цепи, показанной на рисунке, ключ К длительное время замкнут, ЭДС равна 6 В, r = 2 Ом, L = 1 мГн. В момент времени t = 0 ключ размыкают. Амплитуда напряжения на конденсаторе в ходе возникших в контуре электромагнитных колебаний равна ЭДС источника. В какой момент времени напряжение на конденсаторе в первый раз достигнет ЭДС? Сопротивлением проводов и активным сопротивлением катушки индуктивности пренебречь.

Так как в задаче надо найти время, то, по всей видимости, необходимо сначала найти  период электромагнитных колебаний, возникающих в этом контуре после размыкания ключа. Период электромагнитных колебаний можно определить по формуле Томсона. Из условия видно, что нам не хватает ёмкости конденсатора. Ёмкость конденсатора и будем искать.

До момента размыкания ключа, электрический ток в этой схеме течёт только через катушку индуктивности. Через конденсатор ток не идёт. Напряжение на конденсаторе равно напряжению на катушке  U = 0 (так как по катушке течёт постоянный ток, то ЭДС самоиндукции в ней не возникает. И напряжение на катушке равно нулю). То есть в начальный момент времени система обладает энергией, равной энергии магнитного поля катушки.Силу тока, протекающую через катушку, можно определить по закону Ома для полной цени (с учётом, что R=0). Тогда для энергии магнитного поля имеем: После размыкания ключа, остаётся колебательный контур, в котором возникают электромагнитные колебания. Так как сопротивлением проводов и катушки пренебрегаем, то полная энергия контура остаётся величиной постоянной. Вся энергия катушки преобразуется в энергию электрического поля конденсатора. То есть по закону сохранения энергии имеем:Максимальное напряжение на конденсаторе будет равно ЭДС источника тока (ЭДС = U_m). Тогда из этого условия получаем формулу для определения ёмкости конденсатора: Следовательно период колебаний в контуре будет определяться следующим соотношением:Искомое время, которое требуется определить в задаче, равно четверти периода колебаний данного колебательного контура.Подставляя численные значения известных физических величин (предварительно переведя их в систему СИ), получаем t = 0,79 мс.

Запись Задача с колебательным контуром впервые появилась Физика дома.

Колебательный контур с конденсатором 1 мкФ настроен на частоту колебаний 400 Гц. Если параллельно этому конденсатору подключить второй конденсатор, то частота колебаний становится равной 200 Гц. Определить емкость второго конденсатора.

Для решения задачи вспомним формулу Томсона или формулу периода электромагнитных колебаний, и формулу связи частоты и периода колебаний.

Так же для решения этой задачи нужно будет вспомнить формулу параллельного соединения конденсаторов.Теперь записываем частоту колебаний в первом случае, а после записываем частоту колебаний после подключения второго конденсатора.

Далее остаётся решить систему получившихся уравнений относительно неизвестной величины.

Важно! Способов решения систем уравнений много. В данном случае, наиболее приемлемым является способ деления.

Запись Снова колебательный контур впервые появилась Физика дома.

В процессе колебаний в идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности 5мА, а амплитуда напряжения на конденсаторе – 2 В. В момент времени t, сила тока в катушке 3 мА. Определить напряжение на конденсаторе в этот момент времени.

Задачи подобного плана проще всего решать, используя закон сохранения энергии, так как речь идёт об идеальном колебательном контуре и потерями  энергии в этой системе мы пренебрегаем.

Для решения задачи, прежде всего, необходимо чётко представить систему, о которой идёт речь в задаче. А после расписать, чему равна энергия контура в каждый из моментом времени.

То есть: раз даны амплитудные значения силы тока и напряжения, то необходимо записать формулы для определения энергии контура в моменты времени, когда вся энергия сосредоточена только в конденсаторе или только в катушке. Так же записываем формулу для определения энергии, когда энергия контура равна сумме энергий электрического и магнитного полей.Решая систему получившихся уравнений, находим ответ на поставленный в условии задачи вопрос.

Важно! Данную систему из трёх вышеприведённых уравнений, решаем приравнивая их правые части.

Запись Сохранение энергии в колеб. контуре впервые появилась Физика дома.

Точечный отрицательный заряд q= — 1.5*10^-12Кл движется в однородных электрическом и магнитном полях. Напряжённость электрического поля Е = 1200 В/м, индукция магнитного поля В = 0,03 Тл. В некоторый момент вмени скорость заряда равна v = 10⁵ м/с и лежит в плоскости векторов В и Е, при этом вектор скорости перпендикулярен вектору Е и составляет с  вектором В угол 45⁰. Найдите величину результирующей силы, действующей на заряд со стороны электромагнитного поля в этот момент времени.

Как обычно, решение задачи начинаем с анализа её условия.

Так как частица имеет электрический заряд, то со стороны электрического поля на неё действует сила Кулона, а со стороны магнитного поля — сила Лоренца. Кроме этого нужно вспомнить формулы для определения этих сил и правила, по которым можно определить их направление.

Итак. Сила Кулона, действующая на частицу определяется по формуле:  и так как частица имеет отрицательный заряд, направление силы Кулона будет противоположно направлению вектора напряжённости электрического поля.

Сила Лоренца определяется по формуле: а её направление определяется по правилу левой руки (четыре пальца левой руки направлены по вектору скорости, перпендикулярная составляющая вектора В входит в ладонь, отставленный на 90 градусов большой палец показывает направление силы Лоренца. Причём, так как частица имеет отрицательный заряд, то сила Лоренца будет направлена перпендикулярно плоскости рисунка в рисунок).

В итоге получается рисунок:

Из него видно, что сила Кулона и Сила Лоренца расположены под углом 90 градусов друг по отношению к другу. То есть результирующую силу, действующую на заряженную частицу  можно определить по теореме Пифагора. В итоге имеем:Расписывая формулы силы кулона и силы Лоренца, в итоге получаем: Остаётся подставить численные значения физических величин и правильно подсчитать итоговый ответ.

Запись Движение заряженной частицы в полях впервые появилась Физика дома.

В однородном магнитном поле индукцией В равномерно скользит без трения и без потери контактов металлический стержень длины l и массой m по двум вертикальным рейкам, расположенным в вертикальной плоскости. Магнитное поле перпендикулярно плоскости в которой лежат рейки и направлено от наблюдателя. Рейки замкнуты на резистор сопротивлением R, параллельно которому подключен конденсатор емкостью С. Какую максимальную энергию запасет конденсатор при движении стержня? Сопротивлением реек пренебречь.

Что известно в задаче? Проводник движется равномерно, следовательно, сумма сил, действующих на него равна нулю. То есть на проводник действуют силы: сила тяжести, направленная вниз, и сила Ампера (при движении проводника в магнитном поле по нему течёт индукционный ток). ЭДС индукции, возникающая в проводнике, численно равна напряжению на резисторе, равна напряжению на конденсаторе. То есть конденсатор будет заряжен и будет обладать энергией.

Чтобы определить энергию конденсатора, можно воспользоваться хорошо известной формулой. То есть нашей задачей является определение напряжения на конденсаторе.

Напряжение на резисторе  можно определить по закону Ома для участка цепи.

Выражаем силу тока из уравнения Ньютона и определяем напряжение на резисторе.

Интересно! Когда-то в начале 90-х годов, данная задача была на районной олимпиаде по физике.

Остаётся подставить и получить итоговую формулу для определения энергии заряженного конденсатора.

Запись Стержень в магнитном поле впервые появилась Физика дома.

Запись Задания для подготоки к экзамену впервые появилась Физика дома.

Замкнутый контур площадью S из тонкой проволоки помещён в магнитное поле. Плоскость контура перпендикулярна вектору магнитной индукции поля. В контуре возникают колебания тока с амплитудой Iм = 35 мА, если магнитная индукция поля с течением времени меняется по закону B = a*cos(bt), где а = 6*10^-3 Тл, b = 3500 с^-1. Электрическое сопротивление контура R = 1,2 Ом. Чему равна площадь контура?

Задачу можно решать как в обще виде (подставляя значение коэффициентов в конце решения), так и в частном (сразу же подставив значение коэффициентов в уравнение зависимости модуля вектора магнитной индукции от времени).

Для решения задачи необходимо знать и записать: формулу магнитного потока, закон электромагнитной индукции Фарадея в дифференциальной форме (ЭДС индукции, возникающая в замкнутом контуре численно равна минус первой производной магнитного потока от времени) и закон Ома для полной цепи.

Для начала записываем магнитный поток как произведение модуля вектора магнитной индукции на площадь контура.

Взяв первую производную от получившегося произведения по времени, имеем формулу зависимости ЭДС индукции, возникающей в контуре от времени. Коэффициент, стоящий перед функцией sin, есть не что иное, как максимальное значение ЭДС индукции, возникающее в контуре.

Записываем уравнение закона Ома для полной цепи, и, уже, из получившегося уравнения определяем неизвестную величину — площадь контура.

Важно! При решении задачи используются правила взятия производной, которые изучаются учащимися в 10 — 11 классах на уроках математики.

Скачать другие задачи для подготовки к ЕГЭ, Вы можете на этой странице.

Запись Замкнутый контур в магнитном поле впервые появилась Физика дома.

Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов U = 10 кВ и попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно к вектору его индукции В (см.рисунок). Радиус траектории движения иона в магнитном поле R =0,2 м, модуль индукции магнитного поля равен 0,5 Тл. Определите отношение массы иона к его электрическому заряду m/q. Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебрегаем.

При попадании заряженного иона в однородное магнитное поле, на него начинает действовать сила Лоренца, сообщающая ему центростремительное ускорение.

Помимо уравнения Ньютона, записываемого для иона в магнитном поле, необходимо учитывать, что ион попадает в магнитное поле после того, как проходит ускоряющую разность потенциалов в поле электрическом.

Электрическое поле совершает работу, с одной стороны, по перемещению заряженной частицы, а с другой стороны, по изменению её кинетической энергии (теорема о кинетической энергии).

Решая систему получившихся уравнений, находим искомое отношение.

Согласитесь, что эта задача не самая сложная для понимания.

Скачать другие задачи для подготовки к ЕГЭ, Вы можете на этой странице.

Запись Ион в однородном магнитном поле впервые появилась Физика дома.

В электрической схеме, показанной на рисунке, ключ К замкнут. ЭДС батарейки 12 В, емкость конденсатора С = 0,2 мкФ. Отношение внутреннего сопротивления батарейки к сопротивлению резистора k = r/R = 0,2. Найдите количество теплоты, которое выделится на резисторе после размыкания ключа в результате разряда конденсатора.

Задача части С на «Законы постоянного тока» с одной стороны, и на закон сохранения энергии, с другой стороны.

Для начала, по данным условия задачи, определим напряжение на резисторе. Сделать это можно используя законы Ома для полной цепи и для участка цепи.

Так как конденсатор соединен параллельно с резистором, то напряжение на конденсаторе и на резисторе будет одинаковым. Отсюда можно определить энергию, запасенную в конденсаторе.

После размыкания ключа, конденсатор начнёт разряжаться. И, согласно закона сохранения энергии, энергия электрического поля конденсатора полностью превратиться в тепловую энергию, выделяющуюся на резисторе.

Самое сложное в этой задаче, пожалуй, введение коэффициента k, связывающего внутреннее сопротивление источника тока и сопротивление резистора.

Скачать другие задачи части С для подготовки к ЕГЭ можно здесь.

Запись Задача на законы постоянного тока впервые появилась Физика дома.

На схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны R, ЭДС батарейки равна Е, ее внутреннее сопротивление ничтожно мало. Как ведут себя (увеличиваются, уменьшаются, остаются неизменными) показания идеального вольтметра при перемещении ползунка реостата из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Для ответа на вопрос, прежде всего нужно иметь четкое представление, что такое реостат , да и знание понятия «идеальный вольтметр» — тоже не помешает.

В задачах, где присутствует идеальный вольтметр, сопротивление этого электроизмерительного прибора считается бесконечно большим, а следовательно много больше сопротивления реостата, включенного последовательно с вольтметром.

Когда ползунок находится в крайнем верхнем положении, сопротивление реостата равно R, а сопротивление внешней ветви (состоит из реостата и вольтметра) бесконечно большое. Ток пойдет только по резистору, а вольтметр будет показывать напряжение на этом резисторе, равное ЭДС источника тока, так как внутренним сопротивлением источника тока мы пренебрегаем.

При перемещении ползунка реостата вниз, его сопротивление уменьшается, так как длина активной части уменьшается. И когда ползунок реостата достигает крайнего нижнего положения, его сопротивление становится равно нулю, а ток опять будет протекать только через резистор — по внешней ветке ток не идёт. И опять вольтметр будет показывать напряжение на резисторе, равное ЭДС источника тока.

То есть, согласно приведённым рассуждениям, показания идеального вольтметра не изменятся.

Если вольтметр — не идеален, то он будет обладать конечным электрическим сопротивлением, и для ответа на вопрос надо будет использовать законы постоянного тока.

Запись Задача с реостатом и вольтметром. впервые появилась Физика дома.