Для построения схематического графика потенциальной функции (зависимости потенциальной энергии от координаты) Следует отметить ее очевидные свойства:

• функция является четной, поэтому ее график симметричен относительно оси ординат;
• функция обращается в ноль при ;
• при потенциальная энергия стремится к бесконечности, т.е. в нуле существует бесконечный потенциальный барьер;
• при функция приближается к квадратичной зависимости, ее график приближается к параболе. Этих свойств вполне достаточно, чтобы построить схематический график зависимости , который показан на рисунке.

Потенциальная кривая имеет точку минимума, что соответствует наличию положения устойчивого равновесия. Поэтому точка будет совершать колебательное движение. Так как зависимость потенциальной энергии от координаты не является квадратичной. То колебания не будут гармоническими.

Пластины электродов в области их перекрытия можно рассматривать как конденсатор, емкость которого зависит от смещения подвижной пластины: При проведении измерений этот конденсатор фактически подключается к источнику постоянного напряжения . Поэтому энергия этого конденсатора равна При втягивании подвижного электрода емкость конденсатора увеличивается, поэтому увеличивается и его энергия. Это приводит к определенному парадоксу: пластина должна не втягиваться, а выталкиваться из зазора неподвижного электрода!? Однако, никакого парадокса нет: дело в том, что конденсатор не является замкнутой системой, он подключен к источнику напряжения. При увеличении емкости увеличивается заряд конденсатора, следовательно, источник совершает работу по зарядке конденсатора, поэтому его энергия уменьшается. Изменение энергии источника рассчитывается следующим образом: Полная энергия системы равна Таким образом, при втягивании подвижной пластины суммарная энергия уменьшается, следовательно, на пластину действует сила, направленная к неподвижному электроду и равная

Если в цепи подключен вольтметр магнитоэлектрической системы, то его показания будут равны нулю. Так как после зарядки конденсаторов ток через вольтметр прекратится.

В использованной схеме показания вольтметра равны напряжению на исследуемом элементе Амперметр показывает сумму сил токов через исследуемый элемент и вольтметр: Таким образом, для корректировки полученной зависимости необходимо из показаний амперметра вычесть силу тока через амперметр, которая рассчитывается по закону Ома:

Необходимые расчеты и скорректированный график приведены в таблице и на бланке. На этом графике: верхняя кривая – исходный Рафик; нижняя прямая – зависимость силы тока через вольтметр от напряжения, средняя кривая – «истинный» график вольтамперной характеристики исследуемого элемента. Теоретический тур. Вариант 2. 9

Бланк к задаче 3 (Часть 4)

Таблица 1.

Расчетные формулы

Сила тока через вольтметр: .

Сила тока через исследуемый элемент .

Теоретический тур. Вариант 2. 10

Решения задач. 10 класс.

Задача 1. Привязанная тележка