<<< ВСЕ МАТЕРИАЛЫ
11 класс. Виртуальный эксперимент
Энергия электромагнитных колебаний.
Задание 11-2-enem.


Напряжение батареи U0 = 0 В. Индуктивность = 0 мГн. Ёмкость = 0 мкФ.
Заряд
 
  		  Сила тока
 
 Еэл
 
 Емагн
 
 		 Е0
 
 Время 0,0 сек.
Еэл Емагн Е0
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ: ЭНЕРГИЯ.
В этой работе мы будем наблюдать электромагнитные колебания в контуре с конденсатором ёмкостью С и катушкой индуктивностью L (см. схему под графиками). Сопротивление всех проводников в схеме будем полагать равным нулю.
Задание. Понять взаимосвязь колебаний с их графиками, а также влияние на них начальных условий и параметров колебательной системы.
Разобраться в этом вам помогут вопросы (см. ниже).
Десятичные дроби вводятся через точку. Ответы нужно округлять по правилам приближённых вычислений с погрешностью не более 10%.
Желаем успеха!

Введите значения начального напряжения U0, индуктивности L и ёмкости C (см. ниже). Нажмите кнопку "График", чтобы увидеть результат на графиках колебаний q(t), i(t), Еэл(t), Емагн(t).
Вы можете менять ситуацию с колебаниями столько раз, сколько захотите. Не забывайте только каждый раз нажинать на кнопку "График". Вводимые вами значения имеют ограничения: для напряжения 0 ... 10 В, для индуктивности 2 ... 10 мГн, для ёмкости 20 ... 50 мкФ.
Вместе с графиком запускаются электромагнитные колебания и на анимированном рисунке. При нажатии на кнопку "ГРАФИК" к колебательному контуру будет подключена батарея напряжением U0, при отпускании кнопки батарея исчезнет, а получивший заряд конденсатор начнёт разряжаться через катушку, порождая электромагнитные колебания в контуре в течение 10 секунд. Чтобы колебания было удобно наблюдать, нам пришлось замедлить электромагнитные процессы в тысячи раз, по этой причине ни амплитуда, ни период колебаний в анимации не соответствует реальным колебаниям. Рисунок служит лишь для качественного представления об электромагнитных колебаниях.
Кроме того наблюдать за изменениями колебаний энергий можно на другой анимации (см. рис справа). Масштаб цветных столбиков соответствует значениям энергии конденсатора Еэл, энергии магнитного поля катушки Емагн и полной энергии системы Е0, а период колебаний их длины ровно в 1000 раз больше периода самих колебаний (для удобства наблюдения).
Экспериментируйте смело! Старайтесь быть максимально наблюдательными, не кликайте цифры впустую, старайтесь почувствовать, как меняется характер движения в зависимости от ваших манипуляций.
Работать со множеством величин и их графиков может быть сложновато. Будем анализировать поведение величин по одной или попарно. Кстати для удобства вы можете погасить один или несколько графиков, кликнув кружок нужного цвета под графиком и, не забыв нажать кнопку "График". А узнать точные координаты точки на графике легко: достаточно навести на неё курсор. Результаты ваших наблюдений сумейте превратить в правильные ответы.
Напряжение батареи U0 =
В. Индуктивность L =
мГн. Ёмкость C =
мкФ.
1. Почему не происходит колебаний, если задать U0 = 0?
1. Такое значение недопустимо.
2. Чтобы тело начало совершать колебания, системе надо задать начальную энергию, например,дав заряд конденсатору.
3. При большой индуктивности колебания сами не могут начаться.
4. Ёмкости конденсатора не достаточно для начала колебательного процесса.
Ответ №:
2. График заряда и электрической энергии (можно оставить только зелёный и фиолетовый графики, остальные погасив). Чем схожи эти графики? Из перечисленных ниже утверждений выберите одно правильное, его номер занесите в ответ.
1. Это совсем не схожие графики.
2. Экстремумы графика заряда совпадают во времени с максимумами графика электрической энергии.
3. Обе величины колеблются в одинаковых фазах.
Ответ №:
3. Чем отличаются эти графики. Из перечисленных ниже утверждений выберите одно наиболее правильное, его номер занесите в ответ.
 1. Период колебаний электрической энергии больше периода колебаний заряда.
2. Период колебаний электрической энергии меньше периода колебаний заряда.
3. Период колебаний электрической энегрии меньше частоты колебаний заряда.
4. Период колебаний электрической энергии меньше периода колебаний заряда в два раза: на одно колебание заряда приходится ровно два колебания его электрической энергии.
5. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
4. Продолжение вопроса 3. В чём ещё существенные отличия этих графиков?
1. Оба графика принимают и положительные и отрицательные значения, но амплитуда графика электрической энергии меньше амплитуды заряда.
2. Электрическая энергия принимает только положительные значения, а заряд и положительные, и отрицательные.
3. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
5. График силы тока и магнитной энергии (можно оставить только коричневый и оранжевый графики, остальные погасив. Для этого нажмите "График", погасите ненужные кружки и снова нажмите "График"). Чем схожи эти графики? Из перечисленных ниже утверждений выберите одно правильное, его номер занесите в ответ.
1. Это совсем не схожие графики.
2. Экстремумы графика силы тока совпадают во времени с максимумами графика магнитной энергии. Когда заряд равен 0, ток максимален, и магнитная энергия также максимальна.
3. Обе величины колеблются в одинаковых фазах.
Ответ №:
6. Чем отличаются эти графики. Из перечисленных ниже утверждений выберите одно наиболее правильное, его номер занесите в ответ.
 1. Период колебаний магнитной энергии больше периода колебаний силы тока.
2. Период колебаний магнитной энергии меньше периода колебаний силы тока.
3. Период колебаний магнитной энегрии меньше частоты колебаний силы тока.
4. Период колебаний магнитной энергии меньше периода колебаний силы тока в два раза: на одно колебание силы тока приходится ровно два колебания магнитной энергии.
5. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
7. Продолжение вопроса 6. В чём ещё существенные отличия этих графиков?
1. Оба графика принимают и положительные и отрицательные значения, но амплитуда магнитной энергии меньше амплитуды силы тока.
2. Магнитная энергия принимает только положительные значения, а сила тока и положительные и отрицательные.
3. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
8. График магнитной и электрической энергии (можно оставить только оранжевый и фиолетовый графики, остальные погасив). Сравните поведение этих величин во времени. Из перечисленных ниже утверждений выберите одно правильное, его номер занесите в ответ.
1. Оба графика совершенно одинаковы.
2. Максимумы одного и другого видов энекргии не совпадают во времени, на максимум одного приходится ровно минимум другого, так как при максимуме заряда (Еэл = макс), сила тока минимальна (Емагн = 0), и наоборот при максимуме силы тока (Емагн = макс) заряд равен нулю (Еэл = 0).
3. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
9. Наведите курсор мыши на любую точку графика и запишите значения электрической и магнитной энергий. Проделайте то же самое для других точек графиков. Есть ли какая-либо закономерность в этих данных. Выберите наиболее точный ответ.
1. Точки были выбраны произвольно, поэтому никакой закономерности в них нет.
2. Там, где больше магнитная энергия, там меньше электрическая.
3. Сумма значение магнитной и электрической энергии для всех точек примерно одинакова, так как для незатухающих колебаний полная энергия сохраняется.
4. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
10. Теперь понаблюдаем за превращениями энергии на примере цветных столбиков. Выберите для удобства наблюдения L = 10 мГн, а напряжение батареи U0 = 10 В. Кликните кнопку "График". Почему красный столбик не меняет своей длины во время колебаний? Выберите наиболее точный ответ из предложенных ниже.
1. Красный столбик не работает.
2. Красный столбик отвечает за значение электрической энергии, а она во время колебаний не изменяется никак.
3. Красный столбик отвечает за значение магнитной энергии, а она во время колебаний не изменяется никак.
4. Красный столбик отвечает за значение полной энергии, а она во время колебаний не изменяется никак.
Ответ №:
11. Поменяйте значение напряжения батареи U0 на другое. Почему изменилась высота красного столбика? Выберите наиболее точный ответ из предложенных ниже.
1. Красный столбик показывает величину напряжения батареи.
2. Красный столбик отвечает за значение магнитной энергии, а она зависит от U0.
3. Красный столбик отвечает за значение лектрической энергии, а она зависит от U0.
4. Красный столбик отвечает за значение полной энергии, а она определяется максимальной электрической энергией (E0 = Eэл = CU02/2).
Ответ №:
12. Столбики фиолетовый и оранжевый (электрическая и магнитная энергии). Почему, когда один столбик уменьшается, другой увеличивается. Выберите наиболее точный ответ из предложенных ниже.
1. Обе энергии скачут, так как происходят колебания
2. Магнитная энергия превращается в электрическую и наоборот.
3. Магнитная энергия превращается в электрическую и наоборот, а их сумма (полная энергия).не изменяется
4. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
13. Теперь не меняйте значения L и C. Определите по графику колебаний заряда значение периода колебаний.
Ответ: мс
14. Определите значение периода колебаний электрической энергии по графику.
Ответ: мс
15. Определите значение периода колебаний полной энергии.
Ответ: мс
16. Конденсатор идеального колебательного контура длительное время подключен к источнику постоянного напряжения. В момент t0 переключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре после этого. (Т - период электромагнитных колебаний в контуре.)
Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
1) Энергия электрического поля конденсатора

2) Энергия магнитного поля катушки

3) Сила тока в катушке

4) Заряд левой обкладки конденсатора

Ответы А.Б: