Тест по физике 11 класс: электромагнитные колебания

Что нужно знать

Электромагнитные колебания — это периодические изменения силы тока, напряжения и заряда в электрической цепи. Они могут возникать в колебательном контуре, состоящем из конденсатора ёмкостью C и катушки индуктивностью L. При свободных электромагнитных колебаниях энергия периодически переходит из электрического поля конденсатора в магнитное поле катушки и обратно. В идеальном колебательном контуре полная энергия сохраняется: W = Wэ + Wм, где Wэ — энергия электрического поля (Дж), Wм — энергия магнитного поля (Дж). Период собственных электромагнитных колебаний определяется формулой Томсона: T = 2π√(LC), где T — период (с), L — индуктивность (Гн), C — электроёмкость (Ф). Частота колебаний определяется формулой ν = 1 / T и измеряется в герцах (Гц). Максимальная энергия электрического поля конденсатора определяется формулой Wэ = q² / (2C), где q — заряд (Кл), а энергия магнитного поля катушки — формулой Wм = LI² / 2, где I — сила тока (А). Например, электромагнитные колебания используются в радиоприёмниках для настройки на определённую радиостанцию. Типичная ошибка учеников — путать период и частоту колебаний или считать, что электрическая и магнитная энергии одновременно достигают максимума в идеальном колебательном контуре.

Тест: 12 вопросов

Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.

  1. 1. Что называют электромагнитными колебаниями?

    • Изменение сопротивления проводника при нагревании
    • Периодическое изменение температуры проводника
    • Непрерывное движение электронов только в одном направлении
    • Периодические изменения электрического заряда, силы тока и напряжения в электрической цепи
    Электромагнитные колебания характеризуются периодическим изменением электрических величин в цепи, например заряда конденсатора и силы тока.

  2. 2. Из каких основных элементов состоит идеальный колебательный контур?

    • Из конденсатора и катушки индуктивности
    • Из двух резисторов и амперметра
    • Из резистора и источника постоянного тока
    • Из электрического двигателя и генератора
    Идеальный колебательный контур состоит из конденсатора и катушки индуктивности, между которыми происходит периодический обмен энергией.

  3. 3. В каких единицах СИ измеряется индуктивность катушки?

    • В веберах (Вб)
    • В генри (Гн)
    • В омах (Ом)
    • В фарадах (Ф)
    Единица измерения индуктивности в Международной системе единиц — генри. Ёмкость измеряется в фарадах.

  4. 4. Как изменяется энергия в идеальном колебательном контуре во время свободных электромагнитных колебаний?

    • Электрическая и магнитная энергии одновременно постоянно увеличиваются
    • Магнитная энергия всегда равна нулю
    • Электрическая энергия переходит в магнитную и обратно, а полная энергия сохраняется
    • Вся энергия постепенно превращается в тепловую
    В идеальном контуре энергия периодически переходит из электрического поля конденсатора в магнитное поле катушки и обратно. Полная энергия остаётся постоянной.

  5. 5. Что происходит с силой тока в идеальном колебательном контуре в момент, когда заряд конденсатора достигает максимального значения по модулю?

    • Сила тока становится бесконечной
    • Сила тока также достигает максимального значения
    • Сила тока не изменяется со временем
    • Сила тока равна нулю
    При максимальном заряде конденсатор полностью заряжен, а энергия магнитного поля катушки равна нулю. Поэтому сила тока в этот момент равна нулю.

  6. 6. Какой физический процесс лежит в основе настройки радиоприёмника на определённую радиостанцию с помощью колебательного контура?

    • Изменение периода и собственной частоты колебаний контура
    • Превращение электрической энергии в механическую
    • Изменение массы конденсатора
    • Увеличение сопротивления проводов до бесконечности
    При изменении ёмкости конденсатора изменяется собственная частота колебательного контура. Это позволяет настроить радиоприёмник на частоту нужной радиостанции.

  7. 7. Как изменится период собственных электромагнитных колебаний, если ёмкость конденсатора увеличить в 4 раза, а индуктивность катушки оставить прежней?

    • Не изменится
    • Увеличится в 2 раза
    • Увеличится в 4 раза
    • Уменьшится в 2 раза
    По формуле Томсона T = 2π√(LC). Если ёмкость увеличить в 4 раза, период увеличится в √4 = 2 раза.

  8. 8. Индуктивность катушки колебательного контура равна 1 Гн, а ёмкость конденсатора — 4 мкФ. Чему равен период собственных колебаний? Принять π = 3,14.

    • 0,001256 с
    • 0,00628 с
    • 0,01256 с
    • 0,02512 с
    По формуле Томсона T = 2π√(LC). Подставим: T = 6,28√(1 · 4 · 10⁻⁶) = 6,28 · 0,002 = 0,01256 с.

  9. 9. Период электромагнитных колебаний в контуре равен 0,02 с. Чему равна частота колебаний?

    • 0,5 Гц
    • 100 Гц
    • 20 Гц
    • 50 Гц
    Частота определяется формулой ν = 1 / T. Подставим: ν = 1 / 0,02 = 50 Гц.

  10. 10. Заряд конденсатора равен 4 · 10⁻⁶ Кл, а его ёмкость составляет 2 · 10⁻⁶ Ф. Чему равна энергия электрического поля конденсатора?

    • 4 · 10⁻⁶ Дж
    • 2 · 10⁻⁶ Дж
    • 16 · 10⁻⁶ Дж
    • 8 · 10⁻⁶ Дж
    Используем формулу Wэ = q² / (2C). Wэ = (4 · 10⁻⁶)² / (2 · 2 · 10⁻⁶) = 16 · 10⁻¹² / 4 · 10⁻⁶ = 4 · 10⁻⁶ Дж.

  11. 11. Сила тока в катушке индуктивностью 2 Гн равна 3 А. Чему равна энергия магнитного поля катушки?

    • 3 Дж
    • 9 Дж
    • 18 Дж
    • 6 Дж
    Энергия магнитного поля определяется формулой Wм = LI² / 2. Подставим: Wм = 2 · 3² / 2 = 9 Дж.

  12. 12. Как изменится собственная частота электромагнитных колебаний, если индуктивность катушки увеличить в 9 раз, а ёмкость конденсатора оставить неизменной?

    • Увеличится в 3 раза
    • Увеличится в 9 раз
    • Уменьшится в 3 раза
    • Не изменится
    Частота определяется выражением ν = 1 / (2π√(LC)). При увеличении индуктивности в 9 раз частота уменьшится в √9 = 3 раза.
Тесты по физике 11 класс