Конденсатор колебательного контура подключен к источнику постоянного напряжения (см. рис.). Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре после переведения переключателя К в положение 2. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять.

Объяснение:

В колебательном контуре после переключения ползунка К в положение 2, конденсатор начинает заряжаться/разряжаться через катушку индуктивности. Этот процесс характеризуется синусоидальными или косинусоидальными изменениями величин.

График А представляет собой косинусоиду, которая начинается с максимального значения в момент времени t=0. Такой вид зависимости характерен для энергии электрического поля конденсатора или заряда конденсатора, если в начальный момент времени конденсатор был полностью заряжен.

График Б представляет собой синусоиду, которая начинается с нулевого значения в момент времени t=0. Такой вид зависимости характерен для силы тока в катушке или энергии магнитного поля катушки, так как ток и магнитное поле начинают нарастать от нуля.

В данной задаче, после переключения переключателя в положение 2, конденсатор начинает заряжаться от источника напряжения. В момент переключения (t=0) ток в катушке равен нулю, а заряд на конденсаторе равен нулю (если считать, что контур был разряжен до этого). Однако, если посмотреть на схему, то после переключения в положение 2, источник напряжения отключается, и контур начинает работать в режиме свободных колебаний. В этот момент, если считать, что конденсатор был заряжен источником напряжения (переключатель был в положении 1), то в момент переключения в положение 2, он начнет разряжаться через катушку. В этом случае:

• Заряд на конденсаторе (или энергия электрического поля) будет изменяться по косинусоидальному закону (начиная с максимального значения).
• Ток в катушке (или энергия магнитного поля) будет изменяться по синусоидальному закону (начиная с нулевого значения).

Смотрим на предложенные варианты:

• 1) сила тока в катушке — синусоида, начинается с 0. Подходит для графика Б.
• 2) заряд левой обкладки конденсатора — косинусоида, начинается с максимума (если считать, что конденсатор заряжен в начальный момент). Подходит для графика А.
• 3) энергия магнитного поля катушки — квадрат синусоиды, поэтому тоже начинается с 0 и колеблется. Подходит для графика Б.
• 4) энергия электрического поля конденсатора — квадрат косинусоиды, поэтому тоже начинается с максимума и колеблется. Подходит для графика А.

Поскольку графики А и Б являются синусоидами (а не квадратами синусоид), будем считать, что они представляют величины, а не их энергии.

Соответствие:

• График А (начинается с максимума) соответствует: 2) заряд левой обкладки конденсатора.
• График Б (начинается с нуля) соответствует: 1) сила тока в катушке.

Важно отметить, что если бы вопрос касался энергий, то график А соответствовал бы энергии электрического поля конденсатора, а график Б — энергии магнитного поля катушки, так как энергии колеблются с удвоенной частотой, но их начальные фазы были бы такими же.

Однако, если учесть, что переключатель К переводится в положение 2, это означает, что контур LC начинает колебаться. До переключения, конденсатор заряжался от источника (положение 1). Поэтому, в момент переключения (t=0), заряд на конденсаторе максимален (если источник был постоянным и высоким напряжением), а ток в катушке равен нулю. Соответственно:

• График А (начинается с максимума) соответствует 2) заряд левой обкладки конденсатора (или 4) энергия электрического поля конденсатора, но синусоида обычно представляет собой саму величину).
• График Б (начинается с нуля) соответствует 1) сила тока в катушке (или 3) энергия магнитного поля катушки).

Исходя из того, что графики представлены как синусоиды, а не их квадраты, выбираем величины, а не энергии.

Таблица соответствия:

Ответ: А-2, Б-1