Задачи по физике 11 класс: колебательный контур

10 задач по физике для 11 класса по теме «Колебательный контур» — 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 колебательный контур

  1. Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью 0,25 Гн и конденсатора ёмкостью 4 мкФ. Определите период собственных электромагнитных колебаний в контуре. Ответ выразите в миллисекундах. Примите π = 3,14.

    Дано:

    L = 0,25 Гн

    C = 4 мкФ = 4 · 10⁻⁶ Ф

    π = 3,14

    T — ?

    Решение:

    Период собственных колебаний в колебательном контуре определяется формулой Томсона:

    T = 2π√(LC).

    Подставим значения:

    T = 2 · 3,14 · √(0,25 · 4 · 10⁻⁶) = 6,28 · 0,001 = 0,00628 с.

    Переведём в миллисекунды:

    T = 0,00628 · 1000 = 6,28 мс.

    Ответ: 6,28 мс.

  2. В колебательном контуре индуктивность катушки равна 0,5 Гн, а ёмкость конденсатора — 2 мкФ. Определите частоту собственных электромагнитных колебаний. Ответ выразите в герцах и округлите до целых. Примите π = 3,14.

    Дано:

    L = 0,5 Гн

    C = 2 мкФ = 2 · 10⁻⁶ Ф

    π = 3,14

    ν — ?

    Решение:

    Частота собственных колебаний определяется формулой:

    ν = 1/(2π√(LC)).

    Подставим значения:

    ν = 1/(2 · 3,14 · √(0,5 · 2 · 10⁻⁶)).

    ν = 1/(6,28 · 0,001) = 159,24 Гц.

    Округляем до целых: ν ≈ 159 Гц.

    Ответ: 159 Гц.

  3. В колебательном контуре ёмкость конденсатора составляет 8 мкФ, а период собственных электромагнитных колебаний равен 12,56 мс. Определите индуктивность катушки. Примите π = 3,14.

    Дано:

    C = 8 мкФ = 8 · 10⁻⁶ Ф

    T = 12,56 мс = 0,01256 с

    π = 3,14

    L — ?

    Решение:

    Используем формулу Томсона:

    T = 2π√(LC).

    Выразим индуктивность:

    √(LC) = T/(2π).

    L = T²/(4π²C).

    Подставим значения:

    L = 0,01256²/(4 · 3,14² · 8 · 10⁻⁶).

    L = 0,0001577536/0,0003151232 = 0,5 Гн.

    Ответ: 0,5 Гн.

  4. Катушка индуктивностью 0,2 Гн включена в колебательный контур. Угловая частота собственных колебаний составляет 500 рад/с. Определите ёмкость конденсатора. Ответ выразите в микрофарадах.

    Дано:

    L = 0,2 Гн

    ω = 500 рад/с

    C — ?

    Решение:

    Угловая частота собственных колебаний определяется формулой:

    ω = 1/√(LC).

    Возведём обе части в квадрат:

    ω² = 1/(LC).

    Выразим ёмкость:

    C = 1/(Lω²).

    Подставим значения:

    C = 1/(0,2 · 500²) = 1/50000 = 0,00002 Ф.

    Переведём в микрофарады:

    C = 0,00002 · 10⁶ = 20 мкФ.

    Ответ: 20 мкФ.

  5. В радиоприёмнике используется колебательный контур с конденсатором ёмкостью 2 мкФ. Во время настройки конденсатор заряжается до напряжения 100 В. Определите максимальную энергию электрического поля конденсатора. Ответ выразите в миллиджоулях.

    Дано:

    C = 2 мкФ = 2 · 10⁻⁶ Ф

    Umax = 100 В

    W — ?

    Решение:

    Максимальная энергия электрического поля конденсатора определяется формулой:

    W = CU²max/2.

    Подставим значения:

    W = (2 · 10⁻⁶ · 100²)/2.

    W = 0,01 Дж.

    Переведём в миллиджоули:

    W = 0,01 · 1000 = 10 мДж.

    Ответ: 10 мДж.

  6. В колебательном контуре энергия магнитного поля катушки в момент максимальной силы тока равна 4 мДж. Индуктивность катушки составляет 0,2 Гн. Определите максимальную силу тока в контуре.

    Дано:

    W = 4 мДж = 0,004 Дж

    L = 0,2 Гн

    Imax — ?

    Решение:

    Максимальная энергия магнитного поля катушки определяется формулой:

    W = LI²max/2.

    Выразим максимальную силу тока:

    Imax = √(2W/L).

    Подставим значения:

    Imax = √(2 · 0,004/0,2) = √0,04 = 0,2 А.

    Ответ: 0,2 А.

  7. Конденсатор ёмкостью 5 мкФ в колебательном контуре заряжен до максимального напряжения 40 В. Определите максимальный заряд конденсатора. Ответ выразите в микрокулонах.

    Дано:

    C = 5 мкФ = 5 · 10⁻⁶ Ф

    Umax = 40 В

    qmax — ?

    Решение:

    Максимальный заряд конденсатора связан с его ёмкостью и максимальным напряжением формулой:

    qmax = CUmax.

    Подставим значения:

    qmax = 5 · 10⁻⁶ · 40 = 200 · 10⁻⁶ Кл.

    Переведём в микрокулоны:

    qmax = 200 мкКл.

    Ответ: 200 мкКл.

  8. В колебательном контуре ёмкость конденсатора равна 4 мкФ, его максимальное напряжение составляет 50 В, а индуктивность катушки — 0,25 Гн. Определите максимальную силу тока в контуре. Сопротивлением проводов пренебречь.

    Дано:

    C = 4 мкФ = 4 · 10⁻⁶ Ф

    Umax = 50 В

    L = 0,25 Гн

    Imax — ?

    Решение:

    В идеальном колебательном контуре полная энергия сохраняется. Максимальная энергия электрического поля конденсатора равна максимальной энергии магнитного поля катушки:

    CU²max/2 = LI²max/2.

    Выразим максимальную силу тока:

    Imax = Umax√(C/L).

    Подставим значения:

    Imax = 50 · √(4 · 10⁻⁶/0,25).

    Imax = 50 · √(16 · 10⁻⁶) = 50 · 0,004 = 0,2 А.

    Ответ: 0,2 А.

  9. В идеальном колебательном контуре полная энергия электромагнитных колебаний равна 8 мДж. В некоторый момент заряд конденсатора составляет половину максимального заряда. Определите энергию магнитного поля катушки в этот момент. Ответ выразите в миллиджоулях.

    Дано:

    W = 8 мДж

    q = qmax/2

    Wм — ?

    Решение:

    Полная энергия идеального колебательного контура сохраняется и равна сумме энергий электрического и магнитного полей:

    W = Wэ + Wм.

    Энергия электрического поля конденсатора определяется формулой:

    Wэ = q²/(2C).

    Максимальная энергия контура соответствует максимальному заряду:

    W = q²max/(2C).

    Так как q = qmax/2, то:

    Wэ = (qmax/2)²/(2C) = q²max/(8C) = W/4.

    Следовательно, энергия магнитного поля:

    Wм = W - Wэ = W - W/4 = 3W/4.

    Подставим значение:

    Wм = 3 · 8/4 = 6 мДж.

    Ответ: 6 мДж.

  10. В идеальном колебательном контуре индуктивность катушки равна 0,4 Гн, ёмкость конденсатора — 25 мкФ, а максимальный заряд конденсатора составляет 2 мКл. Определите максимальную силу тока в контуре. Ответ округлите до сотых. Сопротивлением контура пренебречь.

    Дано:

    L = 0,4 Гн

    C = 25 мкФ = 25 · 10⁻⁶ Ф

    qmax = 2 мКл = 2 · 10⁻³ Кл

    Imax — ?

    Решение:

    Угловая частота собственных колебаний определяется формулой:

    ω = 1/√(LC).

    Максимальная сила тока связана с максимальным зарядом соотношением:

    Imax = ωqmax.

    Объединим формулы:

    Imax = qmax/√(LC).

    Подставим значения:

    Imax = 2 · 10⁻³/√(0,4 · 25 · 10⁻⁶).

    Imax = 0,002/√0,00001.

    Imax = 0,002/0,0031623 ≈ 0,632 А.

    Округлим до сотых:

    Imax ≈ 0,63 А.

    Ответ: 0,63 А.