Номер 1, страница 24 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

1. Какие превращения энергии происходят в пружинном маятнике, в колебательном контуре?

В пружинном маятнике происходят периодические взаимные превращения двух видов механической энергии: потенциальной энергии упруго деформированной пружины и кинетической энергии движущегося груза.

Процесс можно описать по фазам колебаний:

1. В крайних точках траектории, где смещение от положения равновесия максимально ($x = \pm A$, где $\text{A}$ – амплитуда), груз на мгновение останавливается ($v=0$). В этот момент вся энергия системы является потенциальной энергией пружины: $E = E_п = \frac{kA^2}{2}$. Кинетическая энергия равна нулю.

2. При движении груза от крайнего положения к положению равновесия, деформация пружины уменьшается, а скорость груза растет. Потенциальная энергия пружины переходит в кинетическую энергию груза.

3. В момент прохождения положения равновесия ($x=0$), пружина не деформирована, и её потенциальная энергия равна нулю. Скорость груза максимальна ($v=v_{max}$), и вся энергия системы является кинетической: $E = E_к = \frac{mv_{max}^2}{2}$.

4. При дальнейшем движении от положения равновесия к другому крайнему положению, скорость груза уменьшается, а деформация пружины растет. Кинетическая энергия снова переходит в потенциальную.

В идеальной системе без трения полная механическая энергия $E = E_к + E_п = \frac{mv^2}{2} + \frac{kx^2}{2}$ сохраняется.

Ответ: В пружинном маятнике происходит периодическое превращение потенциальной энергии упруго деформированной пружины в кинетическую энергию груза и обратно.

В колебательном контуре, состоящем из идеальных катушки индуктивности ($\text{L}$) и конденсатора ($\text{C}$), происходят периодические взаимные превращения энергии электрического поля, запасенной в конденсаторе, и энергии магнитного поля, запасенной в катушке.

Процесс электромагнитных колебаний выглядит следующим образом:

1. В начальный момент времени, когда конденсатор полностью заряжен (заряд $q=q_{max}$), вся энергия системы сосредоточена в электрическом поле конденсатора: $W = W_Э = \frac{q_{max}^2}{2C}$. Ток в контуре равен нулю ($I=0$), и энергия магнитного поля катушки также равна нулю.

2. Конденсатор начинает разряжаться через катушку. Заряд на обкладках уменьшается, а сила тока в контуре возрастает. Энергия электрического поля преобразуется в энергию магнитного поля катушки.

3. Когда конденсатор полностью разрядится ($q=0$), сила тока в контуре достигнет максимального значения ($I=I_{max}$). В этот момент вся энергия системы сосредоточена в магнитном поле катушки: $W = W_М = \frac{LI_{max}^2}{2}$. Энергия электрического поля равна нулю.

4. Далее ток, поддерживаемый ЭДС самоиндукции в катушке, начинает перезаряжать конденсатор в обратной полярности. Сила тока уменьшается, а заряд на конденсаторе растет. Энергия магнитного поля преобразуется обратно в энергию электрического поля.

В идеальном колебательном контуре без активного сопротивления ($R=0$) полная электромагнитная энергия $W = W_Э + W_М = \frac{q^2}{2C} + \frac{LI^2}{2}$ сохраняется.

Ответ: В колебательном контуре происходит периодическое превращение энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки индуктивности и обратно.