ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 6.1: Электромагнитные волны

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать энергетический баланс в колебательном контуре. Ключевым фактором является указание в условии на то, что происходит излучение электромагнитных волн . Излучение — это процесс передачи энергии от системы (контура) во внешнее пространство. Следовательно, полная энергия самого контура должна уменьшаться со временем.

Вычисление и логический вывод:

Полная энергия W идеального колебательного контура складывается из энергии электрического поля конденсатора и энергии магнитного поля катушки. В момент максимального напряжения на конденсаторе вся энергия сосредоточена в электрическом поле и равна:

где C — ёмкость конденсатора, а U_max — амплитуда напряжения.

При раздвижении пластин ёмкость плоского конденсатора уменьшается (C=ε₀S/d, при увеличении d величина C падает). Однако наличие излучения означает, что система теряет энергию: W(t) убывает. Даже если бы ёмкость оставалась постоянной, затухающие колебания привели бы к снижению амплитуды. В данном случае мы имеем дело с открытым контуром, который активно излучает. Потеря энергии контуром неизбежно приводит к тому, что максимальное напряжение, до которого может зарядиться конденсатор в каждом следующем полупериоде, становится меньше предыдущего. Таким образом, амплитуда напряжения U_max убывает.

Проверка:

Рассмотрим альтернативные варианты. Вариант «возрастает» противоречит закону сохранения энергии, так как контур не получает энергии извне, а отдаёт её в виде волн. Вариант «не изменяется» возможен только для идеального незатухающего контура без излучения, что прямо опровергается условием задачи. Вариант «зависит от начального заряда» неверен, так как характер изменения амплитуды (убывание) определяется механизмом потерь (излучением), а не начальными условиями. Следовательно, правильный ответ — убывание амплитуды.