Электромагнетизм

RLC вне резонанса

Этот пресет работает ниже резонанса: ёмкостное сопротивление доминирует, ток опережает напряжение (φ < 0).

RLC вне резонанса — интерактивная симуляция (Электромагнетизм). Этот пресет работает ниже резонанса: ёмкостное сопротивление доминирует, ток опережает напряжение (φ < 0). Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Импеданс вне резонанса

Ниже резонанса ёмкостный ток опережает напряжение (φ < 0).

Этот пресет работает ниже резонанса: ёмкостное сопротивление доминирует, ток опережает напряжение (φ < 0).

• Z > R вне резонанса
• φ ≠ 0

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Этот RLC-контур возбуждается вне резонанса (на половине резонансной частоты), поэтому ток отстаёт или опережает напряжение на фиксированный фазовый угол. Колеблется ли мгновенный ток всё же синусоидально на той же частоте, что и возбуждение?

Прогнозы для взвешивания

• Нет — ток колеблется на другой частоте, чем возбуждение.
• Да — ток колеблется ровно на частоте возбуждения, просто сдвинут по фазе относительно напряжения.
• Ток в установившемся режиме вообще не синусоидален.

Роли переменных

Что вы задали:

• Время t (s)

Что вы измеряете:

• Мгновенный ток i(t) (A)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет rlc-off-resonance и нажмите «Сброс». R = 20 Ω; L = 1 H; C = 0.01 F; возбуждение ω = 5 рад/с (половина резонансной ω₀ = 10 рад/с); V₀ = 10 В.
2. Включите показание мгновенного тока.
3. Считайте мгновенный ток в каждый указанный момент.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Сначала вычислите Z = √(R² + X²) и φ = atan2(X, R) при X = ωL − 1/(ωC), используя R = 20 Ω; L = 1 H; C = 0.01 F; ω = 5 рад/с (это даёт Z = 25 Ω; φ ≈ −0.64 рад). Затем вычислите i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) при V₀ = 10 В. Сравните с таблицей.
• Фазовый угол здесь отрицательный — цепь ёмкостно-доминированная на этой частоте (ниже резонанса). Объясните, что отрицательный φ значит для того, опережает ток напряжение или отстаёт.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Амплитуда тока здесь (V₀/Z = 10/25 = 0.4 А) меньше, чем была бы ровно в резонансе (V₀/R = 10/20 = 0.5 А). Объясните, почему работа RLC-цепи вне резонанса всегда даёт меньшую амплитуду тока, чем на резонансе.
• Поскольку вне-резонансные частоты дают меньшие амплитуды тока, RLC-контур действует как естественный частотный фильтр. Объясните, почему этот контур слабо откликался бы на очень высокочастотный или очень низкочастотный сигнал, подмешанный к его резонансной частоте.

• AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 13: Electromagnetic Induction
• IB Physics — D.4 Induction
• General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Добро пожаловать к RLC вне резонанса
2. Выберите RLC-контур
3. Нажмите Play
4. Выше или ниже резонанса
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Цепи переменного тока и резонанс