Колебательный контур, переменный ток и трансформатор: 11 класс
Узнаём, как заряд колеблется в контуре, откуда в розетке переменный ток и как энергию передают на сотни километров. Ниже — кратко о главном, таблица, формулы и частые ошибки.
Все 12 заданий темы — в полном тренажёре
- Подсказка и пошаговое решение каждой задачи
- 6 уроков с теорией и чертежами
- Отчёт для родителя: что решено и где ошибки
Пробуйте. Условия — для родителей
Уровни сложности
В теме 12 заданий на 4 уровнях: разминка, основной, сложный, со звёздочкой.
Колебательный контур, переменный ток и трансформатор — кратко
Узнаём, как заряд колеблется в контуре, откуда в розетке переменный ток и как энергию передают на сотни километров.
- T = 2π · √(L · C)ω = 1√(L · C)ν = 12π · √(L · C)
- I = Im√2 ≈ 0,71 · ImU = Um√2P = I · U = I2 · R = U2R
- Определение
Колебательный контур — замкнутая цепь из конденсатора ёмкостью C и катушки индуктивностью L. Свободные электромагнитные колебания в контуре — колебания заряда и силы тока, которые возникают после того, как контуру сообщили энергию (например, зарядили конденсатор), и идут без внешнего воздействия.
- Формула Томсона
Период свободных электромагнитных колебаний в контуре без сопротивления T = 2π · √(L · C); циклическая частота ω = 1 : √(L · C).
- Определение
Переменный ток — электрический ток, сила и направление которого периодически меняются. Синусоидальный (гармонический) переменный ток меняется по закону i = Im · sin(ω · t + φ0). В энергосистемах России и Европы частота тока 50 Гц.
- Определение
Действующее значение силы переменного тока I — сила такого постоянного тока, который в том же резисторе за то же время выделяет такое же количество теплоты. Для синусоидального тока I = Im : √2, U = Um : √2.
- Определение
Трансформатор — устройство для повышения или понижения переменного напряжения. Он состоит из замкнутого сердечника из магнитно-мягкой стали и двух (или нескольких) обмоток. Первичную обмотку подключают к источнику, ко вторичной — потребителей.
Колебательный контур, переменный ток и трансформатор в таблице
| Станция | Что вращает генератор | Плюсы | Минусы |
|---|---|---|---|
| ТЭС | пар от сжигания газа, угля | можно строить где угодно | выбросы CO2, расход топлива |
| АЭС | пар от ядерного реактора | мало топлива, нет выбросов CO2 | радиоактивные отходы, сложная защита |
| ГЭС | падающая вода | дешёвая энергия, нет топлива | затопление земель, изменение рек |
| ветровые, солнечные | ветер; солнечные батареи — без турбины | возобновляемые источники | зависят от погоды, нужны накопители |
Пример с ответом
Условие. Конденсатор ёмкостью 20 мкФ зарядили до 50 В и замкнули на катушку индуктивностью 0,2 Гн. Найдите наибольший заряд, полную энергию и наибольшую силу тока. Сопротивлением пренебречь.
Ответ. 1 мКл; 0,025 Дж; 0,5 А.
3 шага с пояснениями — в полном тренажёре, в уроке «Колебательный контур».
Открыть разбор →Частые ошибки
-
Ошибка 1Наоборот: в момент полной разрядки конденсатора ток наибольший, и вся энергия — в магнитном поле катушки. Ток равен нулю, когда конденсатор заряжен полностью.
-
Ошибка 2Энергия конденсатора и энергия катушки не бывают наибольшими одновременно. Полная энергия равна наибольшей из каждой: qm2 : (2C) = L · Im2 : 2, а не их сумме.
-
Ошибка 3В формуле Томсона под корнем произведение L · C. Запись √(L : C) — ошибка аналогии: жёсткости соответствует 1 : C, и m : k превращается в L : (1 : C) = L · C.
Физика · 11 класс
Что внутри темы
- Урок 1Колебательный контур
- Урок 2Формула Томсона
- Урок 3Переменный ток
- Урок 4Действующие значения и мощность
- Урок 5Трансформатор
- Урок 6Производство и передача электроэнергии
В полном тренажёре — 6 уроков с теорией и чертежами, задания 3 уровней, подсказки и разбор каждой задачи.
Чему научится ученик
- Описывать превращения энергии в колебательном контуре
- Применять формулу Томсона T = 2π · √(L · C)
- Объяснять, как генератор создаёт переменный ток
- Находить действующие значения I = Im : √2, U = Um : √2
- Применять формулу трансформатора U1 : U2 = N1 : N2
- Объяснять, почему электроэнергию передают при высоком напряжении
Ключевые понятия:колебательный контурэлектромагнитные колебанияформула Томсонапеременный токгенератор переменного токаамплитудное значениедействующее значениемощность переменного токатрансформаторкоэффициент трансформациилиния электропередачиэлектростанция
Что требует школьная программа
Описывать свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре и их аналогию с механическими; применять формулу Томсона и закон сохранения энергии в контуре; описывать получение переменного тока генератором; связывать амплитудные и действующие значения силы тока и напряжения; вычислять мощность переменного тока; описывать устройство и работу трансформатора; объяснять, как производят, передают и потребляют электроэнергию.
Что повторить и что дальше
Гармонические колебания и резонансФизика, 11 класс
Физика, 11 класс
Волны и радиосвязьФизика, 11 класс
Вопросы
Колебательный контур, переменный ток и трансформатор · 11 классВ каком классе проходят тему «Колебательный контур, переменный ток и трансформатор»?
В 11 классе, предмет «Физика».
Что повторить перед этой темой?
Гармонические колебания и резонанс (11 класс).
Что можно решить бесплатно?
Несколько задач прямо на этой странице. Подсказки, пошаговые решения и задания всех уровней — в полном тренажёре, первые 14 дней бесплатно.
Все темы 11 класса и отчёт для родителя
Первые 14 дней полный тренажёр бесплатно.
