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.

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.

Частица, несущая заряд электрона и имеющая импульс 10^-23 кг*м/с, влетает в однородное магнитное поле с индукцией 0,01 Тл под углом 60⁰ к линиям индукции. Определите шаг винтовой линии, вдоль которой будет двигаться частица.

Для начала, как обычно, нужно сделать рисунок и изобразить траекторию движения заряженной частицы.

На частицу в магнитном поле действует сила Лоренца, которая сообщает ей центростремительное ускорение. Но поскольку вектор скорости образует некоторый угол с направлением вектора магнитной индукции, частица будет перемещаться вдоль этой линии по спирали. Шаг этой спирали (винтовой линии) мы должны будем определить.

За радиус винтовой линии отвечает игрековая составляющая вектора скорости, а за перемещение вдоль вектора магнитной индукции — иксовая составляющая вектора скорости.  (В отсутствии электрического поля частица будет двигаться равномерно с постоянным шагом).

Шаг винтовой линии — это то расстояние, которое пролетает заряженная частица за время, равное периоду обращения. И одна из задач будет доказать, что период обращения частицы не зависит от скорости, а следовательно, и от угла ( формула периода обращения частицы в магнитном поле не является обязательной для запоминания).

Умножая проекцию скорости на  ось, совпадающую с направлением вектора магнитной индукции, на период  (время движения частицы по одному звену спирали), получаем итоговую формулу для шага винтовой линии. Остаётся подставить численные значения известных физических величин и определить числовое значение шага винтовой линии (спирали).

Запись Определение шага винтовой линии впервые появилась Физика дома.

Квадратную рамку из медной проволоки со стороной b= 5 см перемещают вдоль оси Ох по гладкой горизонтальной поверхности с постоянной скоростью v=1 м/с. Начальное положение рамки изображено на рисунке. За время движения рамка успевает полностью пройти между полюсами магнита. Индукционные токи, возникающие в рамке, оказывают тормозящее действие, поэтому для поддержания постоянной скорости движения к ней прикладывают внешнюю силу F, направленную вдоль оси Ох. Чему равно сопротивление проволоки рамки, если суммарная работа внешней силы за время движения А = 2,5*10^-3 Дж? Ширина полюсов магнита d = 20 см, магнитное поле имеет резкую границу, однородно между полюсами, а его индукция В = 1 Тл.

Для того, чтобы ответить на вопрос задачи, давайте разберёмся с тем, что происходит в рамке после того, как она попадает в область магнитного поля. Для этого можно сделать следующий рисунок (вид сверху).

Когда рамка попадает в область с магнитным полем, в рамке возникаем индукционный ток, направление которого можно определить следующим образом.

Магнитный поток, пронизывающий рамку, увеличивается, следовательно индукционный ток создаёт своё магнитное поле, препятствующее нарастанию внешнего магнитного поля. То есть направление векторов В и Bi не будут совпадать.Зная направление Bi, определяем направление индукционного тока — ток в рамке будет направлен против часовой стрелки (согласно правилу правой руки).Определив направление индукционного тока, по правилу левой руки определяем направление силы Ампера, производящей тормозящее действие на рамку (по условию задачи). Сила Ампера будет направлена в сторону, противоположную направлению вектора скорости.

Чтобы рамка двигалась равномерно, к рамке прикладываем внешнюю силу, равную по модулю силе Ампера, которая совершает работу по перемещению рамки.

Когда же рамка выходит из магнитного поля, магнитный поток уменьшается, и в рамке вновь возникает индукционный ток (теперь уже по часовой стрелке), а следовательно и сила Ампера, производящее тормозящее действие. Суммарная работа, о которой говорится в условии задачи, это работа, производимая внешней силой когда рамка «входит» в область с магнитным полем и «выходит» оттуда.

После того, как с физикой задачи разобрались, оформляем задачу в виде формул.

Записываем формулу работы внешней силы, которая равна по модулю работе силы Ампера.  Силу индукционного тока можно определить по закону Ома для полной цепи (с учётом того, что внутреннее сопротивление равно нулю).Записываем формулу ЭДС индукции, возникающее в движущем проводнике

Подставляя ЭДС индукции в формулу закона Ома, имеем:Далее подставляем силу тока в формулу для работы:По этой формуле можно определить работу, совершаемую внешней силой тогда, когда рамка входит в область с магнитным полем. Тогда для суммарной работы имеем:Из этой формулы и выражаем искомое сопротивление рамки.

Внимание! Тексты других задач части С вы можете найти на этой странице.

Запись Квадратная рамка в магнитном поле 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.

Запись Задачи части 3 варианта 2013 года по физике впервые появилась Физика дома.

Кинооператор снимает автомобиль, движущийся со скоростью v = 54 км/ч на расстоянии d = 30 м от него. Фокусное расстояние объектива кинокамеры F = 13 мм. Какова должна быть экспозиция t, чтобы размытость контуров изображения не превышала 0,05 мм?

Сейчас, когда техника шагнула далеко вперёд, эта задача может быть не совсем понятна учащимся. Поскольку цифровая техника «начала думать» за человека. Чтобы сделать снимок или сфотографировать объект, достаточно взять камеру (фотоаппарат), включить её и нажать на кнопку «Съемка». Отдав в салон, получаем готовый снимок.

А в 70-е, 80-е годы прошлого столетия, половина страны (у нас пол-класса ходили в фото кружок) занималась фотографией. «Смена», «Зениты», «ФЭТы», «Киев», «Вилия — авто» — фотоаппараты, которые были почти в каждой семье, заставляли думать. И понятие «выдержка» или «время экспозиции» у тогдашних школьников — особой сложности не вызвало бы. Я не хочу никого обидеть, но это было именно так.

При съёмке, шторка, отделяющая фотоплёнку от «белого света», открывалась, и через диафрагму (тоже устанавливалась вручную) падал световой поток на фотоплёнку. Далее шёл ещё более занимательный процесс проявления плёнки, закрепления, печати фотографии, их глянцевания. И практически всё это происходило в темной комнате (при печати использовали фонарь с красным светофильтром. Чисто физический вопрос любознательным: почему использовался красный светофильтр?).

После того, как с теорией немного разобрались, переходим к рисунку, без которого выполнить задачу просто невозможно.

Рисуем неподвижный автомобиль, и, на этом же рисунке, положение автомобиля спустя некоторое время. Чтобы выразить неизвестную, записываем отношение сторон из подобия треугольников. А так же используем формулу тонкой линзы для определения расстояния от линзы до изображения.

Решая систему получившихся уравнений, определяем неизвестную.

Как видно, задача не настолько сложна, если знать понятие «выдержка» или «время экспозиции».

Интерено! Время экспозиции на фотоаппарате задавалось цифрами 1, 15, 30, 60, 125, 250. Это означало, что время открытия шторки соответственно было равно 1, 1/30, 1/60, 1/125, 1/250 секунды. То есть чем быстрее двигался предмет, тем большую выдержку надо было ставить.

Запись Съемка движущегося автомобиля впервые появилась Физика дома.

Линза, фокусное расстояние которой равно 20 см, дает на экране изображение предмета с четырехкратным увеличением. Экран подвинули к линзе вдоль ее главной оптической оси на 40 см. Затем при неизменном положении линзы передвинули предмет, чтобы изображение снова стало резким. На сколько сдвинули предмет относительно его первоначального положения? Каково увеличение во втором случае?

Строить изображение в тонких линзах на уроках физики учат ещё в 8-м классе. А вот в 11-м уже решаются задачи с использованием формулы тонкой линзы.

Основная проблема при решении задач заключается в том, что учащиеся с большой неохотой делают рисунки к задачам. А правильно выполненный рисунок является гарантией правильного решения задач подобного рода.

Эта задача не является исключением.

Здесь необходимо выполнить два рисунка! Причём положение линзы на главной оптической оси не изменяется! Изменяется положение предмета на главной оптической оси, и, соответственно, расположение изображения (экрана).

Выполнив два рисунка, записываем уравнение тонкой линзы для обоих случаев, формулы линейного увеличения и формулу, связывающую параметры, заданные в условии задачи (расстояния f от линзы до изображения).

Остаётся решить систему получившихся уравнений относительно неизвестных величин. Решать систему можно любыми известными способами.

Запись Задача с линзой впервые появилась Физика дома.