Κριτήριο αξιολόγησης στη φυσική της Γ λυκείου - Ηλεκτρικές ταλαντώσεις

Ηλεκτρικές ταλαντώσεις

 ΘΕΜΑ 1^ο:

Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-5 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

1.1 Ιδανικό κύκλωμα πηνίου αυτεπαγωγής L και πυκνωτή χωρητικότητας C κάνει αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις με περίοδο Τ. Αν τετραπλασιάσουμε τη χωρητικότητα του πυκνωτή η περίοδος γίνεται:

α.  4Τ               β.  2Τ                         γ.  Τ/2                              δ.  Τ/4

1.2 Ιδανικό κύκλωμα LC κάνει αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις με γωνιακή συχνότητα ω πλάτος φορτίου Q και πλάτος έντασης ρεύματος Ι. Η σχέση που συνδέει τα ω, Ι, Q είναι:

α. Ι=ω2Q                   β. Q=ωΙ                 γ.   ω = Ι/Q                 δ. ω=ΙQ 

1.3 Ιδανικό κύκλωμα LC κάνει αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις. Κάποια χρονική στιγμή που η τάση στα άκρα του  πηνίου είναι μηδέν:

α. Το φορτίο του πυκνωτή είναι μέγιστο.

β. Το ρεύμα του κυκλώματος είναι μηδέν.

γ. Η ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή είναι μηδέν.

δ. Η ενέργεια μαγνητικού πεδίου του πηνίου είναι μηδέν.

1.4 Ιδανικό κύκλωμα LC κάνει αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις. Κάποια χρονική στιγμή που η ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή αυξάνεται:

α.  Η περίοδος των ταλαντώσεων μειώνεται.

β.  Η απόλυτη τιμή της έντασης του ρεύματος μειώνεται.

γ.  Η απόλυτη τιμή του φορτίου του πυκνωτή μειώνεται.

δ.  Η ολική ενέργεια του κυκλώματος αυξάνεται.

1.5  Ιδανικός πυκνωτής χωρητικότητας C είναι φορτισμένος και συνδέεται με ιδανικό πηνίο συντελεστή αυτεπαγωγής L. Το κύκλωμα LC θεωρείται ιδανικό. Τη χρονική στιγμή t0=0 κλείνει ο διακόπτης. Να χαρακτηρίσετε ως σωστές (Σ) ή ως λανθασμένες (Λ) τις παρακάτω προτάσεις που αναφέρονται στην ηλεκτρική ταλάντωση του κυκλώματος.

α. Η ολική ενέργεια του κυκλώματος είναι ανάλογη του μέγιστου φορτίου του πυκνωτή.

β. Αν κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων αυξηθεί η χωρητικότητα του πυκνωτή η ολική ενέργεια του κυκλώματος μειώνεται.

γ. Αν κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων αυξηθεί ο συντελεστής αυτεπαγωγής του πηνίου, το μέγιστο φορτίο του πυκνωτή διατηρείται σταθερό.

δ.  Σε χρονικό διάστημα μιας περιόδου το φορτίο του πυκνωτή μηδενίζεται μόνο μια φορά.

ε. Σε ένα πραγματικό κύκλωμα ηλεκτρικών ταλαντώσεων, η μόνη αιτία μείωσης της ενέργειας του συστήματος είναι η αντίσταση των αγωγών του συστήματος.

ΘΕΜΑ 2^ο:

1. Ιδανικός πυκνωτής χωρητικότητας C είναι φορτισμένος με μέγιστο φορτίο Q και συνδέεται με ιδανικό πηνίο συντελεστή αυτεπαγωγής L. Το κύκλωμα LC θεωρείται ιδανικό. Κλείνει ο διακόπτης και το σύστημα κάνει αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις. Να γίνουν οι γραφικές παραστάσεις:

α  Της ολικής ενέργειας του συστήματος σε συνάρτηση με το χρόνο.                                                  

β. Της ενέργειας του ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή σε συνάρτηση με την ένταση του ρεύματος.     

γ. Της ενέργειας  του μαγνητικού πεδίου του πηνίου,  σε συνάρτηση με την ένταση του ρεύματος.     

Να δικαιολογήσετε πλήρως τη μορφή τους.

2. Πυκνωτής χωρητικότητας C φορτίζεται σε τάση V, απομακρύνεται από την πηγή που τον φόρτισε και συνδέεται με ιδανικό πηνίο ώστε το κύκλωμα να εκτελεί αμείωτες ταλαντώσεις. Αν κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων τετραπλασιάσουμε την χωρητικότητα του πυκνωτή χωρίς να μεταβάλλουμε το συντελεστή αυτεπαγωγής του πηνίου, τότε το πλάτος του ρεύματος Ι, γίνεται:

α. Ι                        β. 2Ι                         γ.  Ι/2

Ποια είναι η σωστή απάντηση;                                                                                                                 

Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας                                                                                                        

3.  Ιδανικό κύκλωμα LC ταλαντώνεται με εξίσωση φορτίου q=Qσυνωt. Στη διάρκεια της πρώτης ημιπεριόδου (0-Τ/2), η ενέργεια του πυκνωτή γίνεται ίση με την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου δύο φορές που απέχουν μεταξύ τους χρονικό διάστημα Δt=5×10-3s. Η συχνότητα των ηλεκτρικών ταλαντώσεων είναι:

α. 100Ηz                     β. 50Ηz                   γ. 200Ηz

Ποια είναι η σωστή απάντηση;                                                                                                                 

Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.                                                                                                      

4. Ηλεκτρικό κύκλωμα LC κάνει ταλαντώσεις με εξίσωση φορτίου q=Qσυν(2πt/Τ). Τη χρονική στιγμή t=3Τ/8, να βρείτε αν οι προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές ή λανθασμένες και να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

α. Ο πυκνωτής είναι στη διαδικασία της εκφόρτισης.                                                                              

β. Η ένταση του ρεύματος είναι i=-Ι/2.                                                                                              

γ. Η απόλυτη τιμή του ρυθμού μεταβολής του ρεύματος είναι: |di/dt|=Q/2LC.                                  

ΘΕΜΑ 3^ο:

Το ηλεκτρικό κύκλωμα  αποτελείται από πυκνωτή χωρητικότητας 2×10-5F, ένα ιδανικό πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής 0,05Η και διακόπτη Δ όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αρχικά ο διακόπτης είναι ανοικτός και ο πυκνωτής φορτισμένος με ηλεκτρικό φορτίο Q=0,5μC.Oι αγωγοί σύνδεσης έχουν αμελητέα αντίσταση. Τη χρονική στιγμή t=0 κλείνει ο διακόπτης Δ. Δίνεται π=3,14.   Να υπολογίσετε:

α. Την περίοδο της ηλεκτρικής ταλάντωσης.                                                                                      

β. Το πλάτος της έντασης του ρεύματος.                                                                                             

γ.  Την ένταση του ρεύματος τη στιγμή που το φορτίο του πυκνωτή είναι  0,3μC.                          

δ. Το λόγο της ενέργειας ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή προς την ενέργεια μαγνητικού πεδίου του πηνίου σε μια χρονική στιγμή που το φορτίο του πυκνωτή γίνεται q=(5/3)10-7C.                                                      

                                                                                                                                    

ΘΕΜΑ 4^ο: 

Στο κύκλωμα δίνονται: Ε=120v, r=4Ω, R=8Ω, C=4μF, L=10mH. Αρχικά ο μεταγωγός μ είναι στη θέση (a) και ο πυκνωτής είναι πλήρως φορτισμένος. Τη χρονική στιγμή t=0 μεταφέρουμε το μεταγωγό στη θέση (b) και το κύκλωμα LC αρχίζει να ταλαντώνεται. Να υπολογιστούν:

α. Οι μέγιστες τιμές φορτίου πυκνωτή και έντασης ρεύματος του κυκλώματος LC.                                                                           

β. Nα γραφούν οι εξισώσεις του φορτίου και της έντασης του ρεύματος σε σχέση με το χρόνο, για την ηλεκτρική ταλάντωση.                         

γ.  Να βρεθεί ο ρυθμός μεταβολής της τάσης στα άκρα του πυκνωτή τη χρονική στιγμή t=π/2000s.                                                               

δ. Να βρεθεί η ένταση του ρεύματος τη στιγμή που τα ¾ της ενέργειας του κυκλώματος είναι αποθηκευμένα στον πυκνωτή.