Вынужденные электрические колебания. Переменный ток

1. Сопротивление, катушка индуктивности и конденсатор соединены последовательно и подключены к источнику переменного напряжения, изменяющегося по закону (В). На рисунке представлена фазовая диаграмма падений напряжений на указанных элементах. Установите соответствие между амплитудными значениями напряжений на этих элементах и амплитудным значением напряжения источника. 1.

2.

1
2

Решение: Используем метод векторных диаграмм. Длина вектора равна амплитудному значению напряжения, а угол, который вектор составляет с осью ОХ, − разности фаз колебаний напряжения на соответствующем элементе и колебаний силы тока в цепи. Сложив три вектора, найдем амплитудное значение результирующего напряжения, равного напряжению источника: . Амплитудное значение напряжения источника  Следовательно, в первом случае , а во втором

2. Сопротивление, катушка индуктивности и конденсатор соединены последовательно и включены в цепь переменного тока, изменяющегося по закону (А). На рисунке представлена фазовая диаграмма падений напряжения на указанных элементах. Амплитудные значения напряжений соответственно равны: на сопротивлении ; на катушке индуктивности ; на конденсаторе Установите соответствие между сопротивлением и его численным значением. 1. Активное сопротивление 2. Реактивное сопротивление 3. Полное сопротивление

1
2
3

Решение: Используем метод векторных диаграмм. Длина вектора равна амплитудному значению напряжения, а угол, который вектор составляет с осью ОХ, равен  разности фаз колебаний напряжения на соответствующем элементе и колебаний силы тока в цепи. Сложив три вектора, найдем амплитудное значение полного напряжения: . Величина  Полное сопротивление контура найдем по закону Ома: , где  амплитудные значения напряжения и силы тока. Амплитудное значение силы тока, как это следует из закона его изменения, равно 0,1 А. Тогда  Активное сопротивление  Полное сопротивление цепи равно: , где  реактивное сопротивление;  индуктивное и емкостное сопротивления соответственно. Отсюда

3. Резистор с сопротивлением , катушка с индуктивностью  и конденсатор с емкостью  соединены последовательно и подключены к источнику переменного напряжения, изменяющегося по закону . Установите соответствие между элементом цепи и эффективным значением напряжения на нем.

1. Сопротивление 2. Катушка индуктивности 3. Конденсатор

1
2
3

Решение: Индуктивное, емкостное и полное сопротивления цепи равны соответственно: , , . Максимальное значение тока в цепи . Эффективное значение тока . Тогда искомые падения напряжений на элементах цепи равны: , , .

4. Сопротивление  катушка индуктивности  и конденсатор  соединены последовательно и подключены к источнику переменного напряжения, изменяющегося по закону  (В). Установите соответствие между сопротивлениями различных элементов цепи и их численными значениями.

1. Активное сопротивление 2. Индуктивное сопротивление 3. Емкостное сопротивление

1
2
3

Решение: Активное сопротивление  индуктивное сопротивление  емкостное сопротивление

5. Сопротивление, катушка индуктивности и конденсатор соединены последовательно и включены в цепь переменного тока, изменяющегося по закону (А). На рисунке схематически представлена фазовая диаграмма падений напряжения на указанных элементах. Амплитудные значения напряжений соответственно равны: на сопротивлении ; на катушке индуктивности ; на конденсаторе Установите соответствие между сопротивлением и его численным значением. 1. Полное сопротивление 2. Активное сопротивление 3. Реактивное сопротивление

1
2
3

Решение: Для решения используется  метод векторных диаграмм. Длина вектора равна амплитудному значению напряжения, а угол, который вектор составляет с осью ОХ, равен разности фаз колебаний напряжения на соответствующем элементе и силы тока в цепи. Амплитудное значение полного напряжения равно . Величина  Полное сопротивление цепи связано с амплитудными значениями тока и напряжения законом Ома: . Амплитудное значение силы тока, как это следует из закона его изменения, равно . Тогда  Активное сопротивление  Полное сопротивление цепи равно: , где  реактивное сопротивление;  индуктивное и емкостное сопротивления соответственно. Отсюда

Тема: Волны. Уравнение волны 1. Уравнение плоской синусоидальной волны, распространяющейся вдоль оси OХ, имеет вид . Амплитуда ускорения колебаний частиц среды (в ) равна …

			10
			500
			5

Решение: Так как , то получаем, что A = 0,01 м, 10³ рад/с. Амплитуда колебаний ускорения частиц среды a_max = A = 0,01∙(10³)² = 10⁴ м/с².

2. Уравнение плоской волны, распространяющейся вдоль оси OХ, имеет вид . Длина волны (в м) равна …

			3,14
			3140
			1
			0,5

Решение:

3,14 (м)

3. Электромагнитная волна частоты 3,0 МГц переходит из вакуума в диэлектрик с проницаемостью . При этом ее длина волны уменьшится на _____ м.

			50
			100
			0,50

Решение:

( для всех в-в кроме ферромагнетиков), , , 100 (м), 50 (м), 50 (м). 4. Уравнение бегущей волны имеет вид: , где  выражено в миллиметрах,  – в секундах,  – в метрах. Отношение амплитудного значения скорости частиц среды к скорости распространения волны равно …

			0,028
			28
			0,036
			36

Решение: Уравнение плоской гармонической волны, распространяющейся вдоль оси ОХ, имеет вид: . Здесь  – амплитуда волны, ( ) – ее фаза, начальная фаза,  – циклическая частота, – волновое число. Из сопоставления с уравнением, приведенным в условии, следует: , , , . Для волнового числа справедливо соотношение , где  – длина волны, – скорость ее распространения. Отсюда скорость распространения волны равна . Скорость колебаний частиц среды , откуда амплитуда скорости равна . Тогда искомое отношение равно .

5. На рисунке представлена мгновенная фотография электрической составляющей электромагнитной волны, переходящей из среды 1 в среду 2 перпендикулярно границе раздела АВ. Относительный показатель преломления  двух сред равен …

			1,50
			1,33
			0,67
			0,84

Решение: Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: , где  и  – абсолютные показатели преломления среды 1 и среды , равные отношению скорости  электромагнитной волны в вакууме к фазовым скоростям  и  в этих средах. Следовательно, . Скорость волны , где – частота; длина волны, которую можно определить, используя рисунок. Тогда при условии  (при переходе электромагнитной волны из среды 1 в среду 2 частота не меняется) относительный показатель преломления равен:

6. На рисунке представлена мгновенная фотография электрической составляющей электромагнитной волны, переходящей из среды 1 в среду 2 перпендикулярно границе раздела АВ. Если среда 1 – вакуум, то скорость света в среде 2 равна ______м/с.

			2,0·108
			1,5·108
			2,4·108
			2,8·108

Решение: Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: , где  и  – абсолютные показатели преломления среды 1 и среды , равные отношению скорости  электромагнитной волны в вакууме к фазовым скоростям  и  в этих средах. Следовательно, . Скорость волны , где – частота; длина волны, которую можно определить, используя рисунок. Тогда при условии  (при переходе электромагнитной волны из среды 1 в среду 2  частота не меняется) относительный показатель преломления равен: . Если среда 1 – вакуум, то  и

7. На рисунке представлена мгновенная фотография электрической составляющей электромагнитной волны, переходящей из среды 1 в среду 2 перпендикулярно границе раздела сред АВ. Отношение скорости света в среде 2 к его скорости в среде 1 равно …

			1,5
			0,67
			1,7
			0,59

Решение:

Так как при переходе из одной среды в другую и не меняются и , то

8. На рисунке представлен профиль поперечной бегущей волны, которая распространяется со скоростью . Амплитуда скорости колебаний точек среды (в ) равна …

6,28

Решение:

Из графика следует, что м, м.

Амплитуда колебаний скорости частиц среды _max = A = . A- амплитуда колебаний частиц среды, круговая частота колебаний, период. Так как , то . Следовательно, _max = A = 6,28 м/с.

9. На рисунке представлен профиль поперечной бегущей волны, которая распространяется со скоростью . Уравнением данной волны является выражение …

Решение: Уравнение плоской синусоидальной волны имеет вид , где  – амплитуда волны;  – циклическая частота волны;  – волновое число;  – длина волны; ( ) – фаза волны; начальная фаза. Амплитуду, длину волны и начальную фазу можно определить из графика: , . Тогда ,  и уравнением данной волны будет выражение

10. На рисунке представлен профиль поперечной упругой бегущей волны, распространяющейся со скоростью . Циклическая частота волны равна …( в каких единицах?)

Решение:

Из графика следует, что м. ( м)

Так как , то . Следовательно 628 рад/с.

11. Две точки лежат на прямой, вдоль которой распространяется волна со скоростью 330 м/с. Период колебаний 0,02 с, расстояние между точками 55 см. Разность фаз колебаний в этих точках составляет …

Решение: Точки волны, находящиеся друг от друга на расстоянии, равном длине волны , колеблются с разностью фаз , точки, находящиеся на расстоянии , колеблются с разностью фаз . Длина волны  где  – скорость распространения волны, – период колебаний. Таким образом,

12. Световые волны в вакууме являются …

			поперечными
			продольными
			упругими
			волнами, скорость распространения которых в веществе больше, чем в вакууме

Решение: Световые волны – электромагнитные волны. В электромагнитной волне векторы напряженностей электрического и магнитного полей колеблются в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны, следовательно, световые волны являются поперечными.

Замечание. Фазовая скорость световых волн в веществе может быть больше или меньше, чем скорость света в вакууме

13. Продольными волнами являются …

			звуковые волны в воздухе
			световые волны в вакууме
			волны, распространяющиеся вдоль струн музыкальных инструментов
			радиоволны

Световые волны и радиоволны – электромагнитные, т.е. поперечные волны. Струны музыкальных инструментов колеблются в поперечном направлении. Звуковые- продольные.