Задачи по физике 11 класс: электромагнитные колебания

8 задач по физике для 11 класса по теме «Электромагнитные колебания» — от простых к сложным, с ответами и подробными решениями. Решите задачу, введите ответ числом — сайт сразу проверит его. Если не получается, откройте решение: дано, формула, вычисление.

Задачи на электромагнитные колебания

  1. В колебательном контуре сила тока изменяется с частотой 500 Гц. Определите период электромагнитных колебаний. Ответ выразите в миллисекундах.

    Дано:

    f = 500 Гц

    Найти: T

    Решение:

    Период колебаний связан с частотой формулой:

    T = 1 / f

    Подставим значения:

    T = 1 / 500 = 0,002 с = 2 мс.

    Ответ: 2 мс.

  2. В идеальном колебательном контуре ёмкость конденсатора равна 4 мкФ, а индуктивность катушки — 0,01 Гн. Определите собственную циклическую частоту электромагнитных колебаний. Ответ округлите до целых.

    Дано:

    C = 4 мкФ = 4 · 10⁻⁶ Ф

    L = 0,01 Гн

    Найти: ω

    Решение:

    Собственная циклическая частота определяется формулой:

    ω = 1 / √(LC)

    Подставим значения:

    ω = 1 / √(0,01 · 4 · 10⁻⁶) = 1 / √(4 · 10⁻⁸) = 1 / (2 · 10⁻⁴) = 5000 рад/с.

    Ответ: 5000 рад/с.

  3. Конденсатор ёмкостью 2 мкФ заряжен до напряжения 100 В. Определите энергию электрического поля конденсатора. Ответ выразите в миллиджоулях.

    Дано:

    C = 2 мкФ = 2 · 10⁻⁶ Ф

    U = 100 В

    Найти: W

    Решение:

    Энергия электрического поля конденсатора:

    W = CU² / 2

    Подставим значения:

    W = 2 · 10⁻⁶ · 100² / 2 = 0,01 Дж = 10 мДж.

    Ответ: 10 мДж.

  4. В колебательном контуре индуктивность катушки равна 25 мГн, а ёмкость конденсатора — 4 мкФ. Определите период собственных электромагнитных колебаний. Примите π = 3,14. Ответ округлите до десятых миллисекунды.

    Дано:

    L = 25 мГн = 0,025 Гн

    C = 4 мкФ = 4 · 10⁻⁶ Ф

    π = 3,14

    Найти: T

    Решение:

    Период собственных колебаний в идеальном контуре определяется формулой Томсона:

    T = 2π√(LC)

    Подставим значения:

    T = 2 · 3,14 · √(0,025 · 4 · 10⁻⁶) = 6,28 · √(10⁻⁷) ≈ 0,001987 с.

    Переведём в миллисекунды:

    T ≈ 1,987 мс ≈ 2,0 мс.

    Ответ: 2,0 мс.

  5. В идеальном колебательном контуре максимальная энергия электрического поля конденсатора равна 8 мДж. В некоторый момент энергия электрического поля составляет 3 мДж. Определите энергию магнитного поля катушки в этот момент.

    Дано:

    W = 8 мДж

    Wэ = 3 мДж

    Найти: Wм

    Решение:

    В идеальном колебательном контуре полная энергия сохраняется и равна сумме энергий электрического и магнитного полей:

    W = Wэ + Wм

    Выразим энергию магнитного поля:

    Wм = W - Wэ

    Подставим значения:

    Wм = 8 - 3 = 5 мДж.

    Ответ: 5 мДж.

  6. В радиоприёмнике используется колебательный контур с катушкой индуктивностью 2 мГн и конденсатором переменной ёмкости. При настройке на радиостанцию собственная частота контура должна составлять 500 кГц. Определите необходимую ёмкость конденсатора. Примите π = 3,14. Ответ выразите в пикофарадах и округлите до целых.

    Дано:

    L = 2 мГн = 2 · 10⁻³ Гн

    ν = 500 кГц = 5 · 10⁵ Гц

    π = 3,14

    Найти: C

    Решение:

    Частота собственных колебаний контура:

    ν = 1 / (2π√(LC))

    Выразим ёмкость:

    √(LC) = 1 / (2πν)

    LC = 1 / (4π²ν²)

    C = 1 / (4π²ν²L)

    Подставим значения:

    C = 1 / (4 · 3,14² · (5 · 10⁵)² · 2 · 10⁻³)

    C ≈ 5,07 · 10⁻¹¹ Ф = 50,7 пФ.

    Округлим до целых:

    C ≈ 51 пФ.

    Ответ: 51 пФ.

  7. В идеальном колебательном контуре максимальный заряд конденсатора равен 40 мкКл, а максимальная сила тока в катушке составляет 2 А. Определите период электромагнитных колебаний.

    Дано:

    qmax = 40 мкКл = 40 · 10⁻⁶ Кл

    Imax = 2 А

    Найти: T

    Решение:

    При гармонических электромагнитных колебаниях максимальный заряд и максимальная сила тока связаны соотношением:

    Imax = ωqmax

    Отсюда:

    ω = Imax / qmax

    Период связан с циклической частотой формулой:

    T = 2π / ω = 2πqmax / Imax

    Подставим значения:

    T = 2 · 3,14 · 40 · 10⁻⁶ / 2 = 1,256 · 10⁻⁴ с.

    Ответ: 0,000126 с.

  8. В идеальном колебательном контуре ёмкость конденсатора равна 9 мкФ, а индуктивность катушки — 0,04 Гн. В начальный момент конденсатор полностью заряжен до напряжения 20 В. Определите силу тока в катушке через четверть периода после начала колебаний. Ответ выразите в амперах.

    Дано:

    C = 9 мкФ = 9 · 10⁻⁶ Ф

    L = 0,04 Гн

    Umax = 20 В

    t = T / 4

    Найти: I

    Решение:

    В начальный момент вся энергия контура сосредоточена в электрическом поле конденсатора:

    W = CUmax² / 2

    Через четверть периода конденсатор полностью разряжен, а энергия контура полностью переходит в магнитное поле катушки:

    LImax² / 2 = CUmax² / 2

    Отсюда:

    Imax = Umax√(C / L)

    Подставим значения:

    Imax = 20 · √(9 · 10⁻⁶ / 0,04) = 20 · √(2,25 · 10⁻⁴) = 20 · 0,015 = 0,3 А.

    Ответ: 0,3 А.