[рис.] Катушка индуктивности, плоский воздушный конденсатор и резистор с небольшим сопротивлением соединены последовательно. Эта электрическая цепь подключена к источнику переменного напряжения, ЭДС которого изменяется по гармоническому закону $e ( t ) = \mathcalE _0 \sin \omega t$ Параллельно конденсатору подключен вольтметр, измеряющий амплитудное значение переменного напряжения. Индуктивность катушки L, электрическая емкость конденсатора C и сопротивление резистора R подобраны так, что в цепи наблюдается резонанс. В пространство между обкладками конденсатора начали медленно вносить диэлектрическую пластину. Как будут изменяться показания вольтметра в процессе заполнения пространства между обкладками диэлектриком?
Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. Электрическая емкость плоского конденсатора равна $C= \frac{\varepsilon_0\varepsilon S}{d}$ где S — площадь пластины конденсатора, d — расстояние между пластинами, $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость материала, находящегося между пластинами,
$\varepsilon_0 = $\frac{1}{4 \pi k}$ \approx 8,85 \cdot 10 в степени ( –12 ) Ф/м$
(k — коэффициент пропорциональности в законе Кулона). Поэтому при внесении в пространство между пластинами конденсатора диэлектрической пластины емкость конденсатора будет увеличиваться.
2. Поскольку сопротивление резистора очень мало, то частота $\omega_0$ близка к частоте идеального колебательного конура:
$\omega_0= \frac{1}{$\sqrt{аргумента: LC}$ аргумента}$
При увеличении емкости конденсатора частота $\omega_0$ будет уменьшаться.
3. Поскольку в электрической цепи наблюдается резонанс, частота $\omega$ изменения ЭДС источника напряжения близка к частоте $\omega_0$ собственных колебаний контура. При резонансе амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе имеет максимальную величину. В случае несовпадения частот $\omega$ и $\omega_0$ амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе меньше, чем при резонансе.
4. Поэтому при уменьшении частоты $\omega_0$ показания вольтметра будут уменьшаться.
$\varepsilon_0 = $\frac{1}{4 \pi k}$ \approx 8,85 \cdot 10 в степени ( –12 ) Ф/м$
(k — коэффициент пропорциональности в законе Кулона). Поэтому при внесении в пространство между пластинами конденсатора диэлектрической пластины емкость конденсатора будет увеличиваться.
2. Поскольку сопротивление резистора очень мало, то частота $\omega_0$ близка к частоте идеального колебательного конура:
$\omega_0= \frac{1}{$\sqrt{аргумента: LC}$ аргумента}$
При увеличении емкости конденсатора частота $\omega_0$ будет уменьшаться.
3. Поскольку в электрической цепи наблюдается резонанс, частота $\omega$ изменения ЭДС источника напряжения близка к частоте $\omega_0$ собственных колебаний контура. При резонансе амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе имеет максимальную величину. В случае несовпадения частот $\omega$ и $\omega_0$ амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе меньше, чем при резонансе.
4. Поэтому при уменьшении частоты $\omega_0$ показания вольтметра будут уменьшаться.
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 106987 • Задание №18
Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которы...
ID 104069 • Задание №7
Во сколько раз изменится давление молекул газа на стенки сосуда при уменьшении объема в 3 раза при неизменной ...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: изменение показаний вольтметра, п. 4) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: зависимость электрической емкости плоского конденсатора от его параметров, частота электромагнитных колебаний идеального колебательного контура, суть явления резонанса, условие возникновения резонанса в колебательном контуре).
| 3
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков.
В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т. п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочет.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения.
| 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нем не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
(ИЛИ)
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи.
| 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0
Максимальный балл | 3
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: изменение показаний вольтметра, п. 4) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: зависимость электрической емкости плоского конденсатора от его параметров, частота электромагнитных колебаний идеального колебательного контура, суть явления резонанса, условие возникновения резонанса в колебательном контуре).
| 3
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков.
В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т. п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочет.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения.
| 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нем не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
(ИЛИ)
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи.
| 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0
Максимальный балл | 3
🔗 Другие задания линии №21 по предмету Физика:
ID 107284
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23 °C на стенке стакана с хол...
ID 107285
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусовС$ на стенке стак...
ID 107286
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 °C на стенке стакана с хол...
ID 107287
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусов С$ на стенке ста...
ID 107288
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $29 градусовС$ на стенке стак...