Физика 11 класс: темы второй четверти

Обзор программы 2 четверти: от электродинамики к оптике

Вторая четверть одиннадцатого класса — это время, когда школьная программа набирает максимальную скорость, а до первых пробников остаются считаные недели. Если в первой четверти упор делался на электростатику и законы постоянного тока, то сейчас фокус смещается на динамические процессы: колебания, волны и оптические явления. Школьники часто теряются из-за резкого перехода от простых схем с резисторами к абстрактным уравнениям переменного тока и волновым эффектам. В этой статье мы разберём главные темы второй четверти, выделим ключевые формулы и разберём алгоритмы решения типовых задач, которые пригодятся как для отличных оценок в полугодии, так и для успешной сдачи ЕГЭ по физике.

Программа второй четверти традиционно делится на четыре крупных тематических блока: электромагнитные колебания, переменный ток, электромагнитные волны и основы геометрической и волновой оптики. Каждый из этих разделов опирается на фундаментальные законы сохранения энергии и требует уверенного владения тригонометрией и пониманием графиков.

Электромагнитные колебания и колебательный контур

Электромагнитный контур состоит из конденсатора ёмкостью C и катушки индуктивностью L. В идеальном контуре (где активное сопротивление проводников R = 0) происходят свободные незатухающие гармонические колебания. Главное, что связывает контур с механическим маятником — непрерывный переход одного вида энергии в другой: энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки и обратно.

Период свободных колебаний вычисляется по формуле Томсона: T = 2π√(LC). Частота колебаний ν = 1 / T = 1 / (2π√(LC)), а циклическая частота ω₀ = 1 / √(LC). Заряд на обкладках конденсатора и сила тока в цепи совершают колебания со сдвигом фаз π/2: когда заряд максимален, ток равен нулю, и наоборот.

Чтобы уверенно читать графики колебаний заряда, силы тока и энергии, загляни в личный кабинет ученика — там собраны интерактивные тренажёры на сопоставление графиков и физических величин.

Переменный ток и работа трансформатора

Переменный электрический ток — это вынужденные электромагнитные колебания, создаваемые генераторами. В отличие от постоянного тока, мгновенные значения напряжения u(t) и тока i(t) непрерывно меняются по гармоническому закону: u(t) = U_max · cos(ωt). Для описания теплового действия переменного тока вводят действующие (эффективные) значения: I = I_max / √2 и U = U_max / √2. Именно действующие значения показывают вольтметры и амперметры в цепи переменного тока.

Для передачи электроэнергии на большие расстояния без высоких тепловых потерь применяют трансформаторы. Трансформатор работает исключительно на переменном токе благодаря явлению электромагнитной индукции в замкнутом ферромагнитном сердечнике.

Параметр / Режим	Холостой ход	Под нагрузкой (идеальный случай)
Коэффициент трансформации (k)	k = U₁ / U₂ = N₁ / N₂	k = U₁ / U₂ ≈ I₂ / I₁
Повышающий трансформатор	k < 1 (U₂ > U₁)	Ток во вторичной цепи меньше: I₂ < I₁
Понижающий трансформатор	k > 1 (U₂ < U₁)	Ток во вторичной цепи больше: I₂ > I₁

Электромагнитные волны и шкала излучений

Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, а переменное магнитное поле — вихревое электрическое. Так возникает электромагнитная волна, которая распространяется в вакууме с предельной скоростью c ≈ 3 · 10⁸ м/с. Электромагнитная волна является поперечной: векторы напряжённости электрического поля E и магнитной индукции B перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны.

Связь между скоростью волны, длиной волны λ и частотой ν выражается формулой c = λ · ν. Шкала электромагнитных волн включает радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи и гамма-излучение. При переходе от радиоволн к гамма-квантам частота и энергия фотонов возрастают, а волновые свойства сменяются выраженными корпускулярными.

Основы оптики: законы распространения и задача

Оптика делится на геометрическую (лучевую) и волновую. В геометрической оптике фундаментальное значение имеют закон отражения (угол падения равен углу отражения) и закон преломления Снеллиуса: n₁ · sin(α) = n₂ · sin(β). Формула тонкой линзы связывает фокусное расстояние F, расстояние от предмета до линзы d и расстояние от линзы до изображения f: ± 1/F = 1/d ± 1/f. Волновая оптика объясняет эффекты интерференции (сложения когерентных волн), дифракции (огибания препятствий) и дисперсии (зависимости показателя преломления от частоты света).

Разберём классическую расчетную задачу второй четверти на колебательный контур и законы сохранения:

Дано:
L = 0,2 Гн
C = 5 мкФ = 5 · 10⁻⁶ Ф
\( U_max = 120 \text{В} \)
Найти: T, I_max

Решение:
1. Период колебаний контура найдём по формуле Томсона:
T = 2 · π · √(L · C) = 2 · 3,14 · √(0,2 · 5 · 10⁻⁶) = 6,28 · √(10⁻⁶) = 6,28 · 10⁻³ с = 6,28 мс.
2. Максимальную силу тока определим из закона сохранения энергии:
\( W_max = \dfrac{C \cdot U_max^2}{2} = \dfrac{L \cdot I_max^2}{2} \)
\( C \cdot U_max^2 = L \cdot I_max^2 \to I_max = U_max \cdot \sqrt{\dfrac{C}{L}} \)
\( I_max = 120 \cdot \sqrt{5 \cdot 10^-^\dfrac{6}{0,2}} = 120 \cdot \sqrt{25 \cdot 10^-^6} = 120 \cdot 5 \cdot 10^-^3 = 0,6 \text{А}. \)

Ответ: T ≈ 6,28 мс; I_max = 0,6 А.

Потренироваться в оформлении развёрнутых решений задач с подробными подсказками экспертов можно через тренировочный модуль онлайн-платформы.

Что запомнить и план дальнейших действий

Материал второй четверти 11 класса формирует базу для второй части экзаменационных тестов. Чтобы гарантировать отличный результат в полугодии и на итоговой аттестации, держи в фокусе три главных правила:

1. Формула Томсона T = 2π√(LC) и закон сохранения энергии в контуре W = q² / (2C) + L · i² / 2 — ключевые инструменты раздела «Колебания».
2. При переходе электромагнитной волны в другую среду частота постоянна, а скорость и длина волны изменяются в n раз.
3. В оптике обращай внимание на знаки перед оптической силой и расстояниями в формуле тонкой линзы (рассеивающая линза или мнимое изображение дают минус).

Следующий практический шаг: перейди на платформу, зарегистрируйся в личном кабинете и реши 5 бесплатных тематических заданий по колебательному контуру и оптике прямо сейчас, чтобы сразу выявить и закрыть пробелы!