回路
直列 RLC
R、L、C 直列 — コンデンサは電源電圧に落ち着く
直列 RLC — インタラクティブな回路シミュレーション。R、L、C 直列 — コンデンサは電源電圧に落ち着く ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
直列RLC過渡応答
R、L、C を直列にすると、定常状態へ向かう減衰過渡応答が生じます。
抵抗がエネルギーを消散させる一方、エネルギーはコンデンサとインダクタの間を行き来します。
- ω₀ = 1/√(LC)
- Rによる減衰
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
直列RLC回路は抵抗・コイル・コンデンサーを組み合わせます。抵抗値は最終状態への接近が振動（不足減衰）か非振動（過減衰）かを決めます。抵抗を大きくすると振動は起きやすくなるか、起きにくくなるでしょうか？
検討する予測
- 大きい抵抗は振動を起こしやすくします。
- 抵抗は振動するかでなく、定常化の速さだけに影響します。
- 大きい抵抗は振動を抑えます。1周期で散逸するエネルギーが増え、リンギングが減衰します。
可変的な役割
設定するもの：
- 抵抗 R (Ω)
測定するもの：
- 共鳴振動数 f₀ (Hz)
- 減衰比 ζ
実験の進め方
- rlc-series プリセットを開いて Reset を押します。L = 1 H、C = 0.01 F は固定、電池は10 Vです。
- コンデンサー電圧とコイル電流の読み出しを有効にします。
- 各試行で抵抗値を設定し、減衰比 ζ = R/(2√(L/C)) を計算します。
支配方程式
RLC 共鳴振動数 — f₀ = 1 / (2π·√(L·C))
直列RLC回路の自然振動数は f₀ = 1/(2π√(LC)) で、インダクタンスと静電容量だけで決まります。抵抗Rは振動数をずらさず、減衰の強さだけを制御します。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- L = 1 H、C = 0.01 F を用い f₀ = 1/(2π√(LC)) を計算し、ζ = R/(2√(L/C)) を求めます。f₀ は R に依存しないため全試行で同じです。
- 既定 R = 20 Ω は ζ = 1（臨界減衰）です。R = 10 Ω（ζ = 0.5、不足減衰）なら何が見えるか予測します。
実験以外での活用
- 臨界減衰系（ζ = 1）はオーバーシュートや跳ね返りなく最速で平衡へ戻るため、車のショックアブソーバーなどで重宝します。不足減衰の衝撃吸収が不快で弾む乗り心地になる理由を説明します。
- 共鳴振動数 f₀ = 1/(2π√(LC)) はLとCだけで決まり、Rでは変わりません。RLCラジオが局選択にRでなくLとCを使う理由を説明します。
- AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
- IB Physics — B.5 Current and circuits
- General High School Physics — Electricity & DC circuits
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- 直列RLCへようこそ
- 再生
- コンデンサを選択
- 過渡応答を観察する
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。