Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
.07 Колебательный контур. Переменный ток
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №25 электродинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#16879

Сила тока в идеальном колебательном контуре меняется со временем так, как показано на рисунке. Определите заряд конденсатора в момент времени t  = 3 мкс.

Сборник задач "1000 задач"

PIC

Показать ответ и решение

Способ I (графический)
Запишем формулу Томсона:

     √ ---
T =2π  LC,

где T  – период колебаний, L  – индуктивность катушки, C  – ёмкость конденсатора.
Выразим индуктивность катушки

      2
L=  -T2-- (1)
    4π C

Так как энергия в процессе колебаний сохраняется, то можно записать закон сохранения энергии

LIm2-= LI2+ q2-, (2)
 2     2   2C

где Im  – максимальная сила тока в катушке, I  – сила тока в катушке в некоторый момент времени, q  – заряд на конденсаторе в этот момент.
Подставим (1) в (2)

  2        2       2
-T2-I2m = -T2-I2+ -q-
4π C     4π C    2C

тогда

q2⋅4π2= I2m − I2 ⇒ q =-T∘I2m-− I2
  T2                2π

Период T  , максимальную силу тока Im  и силу тока I  найдем из графика T = 8  мкс, Im = 0,6  А, I = 0,4  А. Подставив, получим

    8 м кс∘---------------
q = -2π-- 0,62 А2 − 0,42 А2 ≈ 0,57 мкКл

Способ II (аналитический)
Запишем формулу Томсона:

T =2π√LC,-

где T  – период колебаний, L  – индуктивность катушки, C  – ёмкость конденсатора.
Выразим индуктивность катушки

     T2
L=  4π2C-- (1)

Так как энергия в процессе колебаний сохраняется, то можно записать закон сохранения энергии

  2     2   2
LIm--= LI-+ q--, (2)
 2     2   2C

где Im  – максимальная сила тока в катушке, I  – сила тока в катушке в некоторый момент времени, q  – заряд на конденсаторе в этот момент.
Подставим (1) в (2)

 T2       T2      q2
4π2CI2m = 4π2CI2+ 2C-

тогда

 2   2                  ------
q-⋅4π-= I2m − I2 ⇒ q =-T∘ I2m − I2
  T2                2π

Для нахождения силы тока в момент t= 3  мкс воспользуемся функцией для силы тока в колебательном контуре:

I(t)= Im sin(ωt+ φ0),

где ω = 2π ∕T  – циклическая частота, φ0 = 0  – начальная фаза колебаний (так как график силы тока начинается из нуля).
Период определим из графика и он равен T = 8  мкс, аналогично максимальная сила тока Im = 0,6  А. Тогда сила тока в момент t= 3  мкс

            (           )       √-
I(3)= 0,6 А sin -2π--⋅3 мкс = 0,6 ⋅-2-А
              8 мкс             2

        ∘ --------(----√--)2----
q = 8-мкс 0,62 А2−  0,6⋅--2   А2 ≈ 0,54 мкК л
     2π                  2
Ответ: 0,6
Критерии оценки

Критерии проверки

3 балла ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) Записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: записана формула Томсона, формула энергии конденсатора, формула энергии катушки индуктивности, закон сохранения энергии в колебательном контуре)

II) Описаны все вводимые буквенные обозначения величин, кроме тех, которые приведены в условии задачи или представлены в виде констант в КИМ, стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов. (введены обозначения для величин не входящих в КИМы)

III) Проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями).

IV) Представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины.

2 балла ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Верно записаны все положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования, но имеются один или несколько из следующих недостатков:

Записи, соответствующие одному или обоим пунктам: II и III, – представлены не в полном объёме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ правильном решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.).

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ решении в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца.

И (ИЛИ)

При ПОЛНОМ решении отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. (В ответе обязательны единицы измерений)

1 балл ставится за задачу если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.

Записаны только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решении задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Во всех остальных случаях за задачу выставляется 0 баллов.

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!