Периодические изменения электрического заряда, силы тока и напряжения в цепях называют электромагнитными колебаниями.

Урок № 16 Поурочный конспект по физике

Группа 18 Дата 28.10.21

Тема: Свободные колебания в колебательном контуре.

Цель урока : выяснить механизм возникновения свободных электрических колебаний и энергетические преобразования в колебательном контуре.

Задачи: образовательная: сформировать знания у обучающихся о свободных электромагнитных колебаниях, колебательном контуре, рассмотреть процесс превращения энергии при ЭМ колебаниях, провести аналогии с механическими колебаниями;

развивающая: развитие понятие применения и вреда приносимым резонансом в природе; развитие образного мышления колебательных процессов в природе; формировать умение работы с книгой.

воспитывающая– воспитание сознательного и серьезного отношения к учебной дисциплине, формирование взглядов на развитие природы колебательных процессов и связи с окружающим миром, воспитание интереса к предмету

Ход урока

I. Проверка домашнего задания.

1. Какие колебания называются вынужденными? Например.

2. Что такое резонанс. Приходилось ли вам наблюдать явление резонанса дома, на улице?

3. Расскажите о полезных и опасных свойствах резонансных явлений?

4. Автомобиль едет по неровной дороге с буграми через 8 м. Период свободных колебаний автомобиля 1,5с. При какой υ автомобиля его колебания станут особенно заметными? ν(υ=S/t=l/Т=8м/1,5 с=5,33 м/с=19,2 км/ч)

5. Проверка решения задачи №3 стр.68

Дано: х=1 см=0,01 м t=2с ν=5 Гц S-?

Решение: период колебания шарика Т=

; количество колебаний N=

=tν Путь проходимый за одно колебание

=4А=4х (х=А) S= N

=4tνх=4*2с*5 Гц*0,01 м=0,4 м Ответ: S=0,4 м

II. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Простейший колебательный контур

Электрический ток может быть постоянным или переменным. Наибольшее распространение в мире получил переменный ток ν= 50-60 Гц, создаваемый индукционными генераторами. Однако для работы многих устройств (ПК, приемники, телефоны и др.) необходимые переменные токи высоких частот, измеряемых килогерцами (кГц) и мегагерцами (МГц). Для их создания применяют специальные электрические цепи - колебательные контуры.

Колебательный контур- это цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности.

Сначала конденсатор получает энергию от источника постоянного тока (рис. а). При этом верхняя пластина заряжается положительно, а нижняя отрицательно - на ней накапливается избыток электронов. Переключим конденсатор на катушку индуктивности (рис. б). Избыток электронов из нижней пластины конденсатора перекинется через катушку к верхней пластины, и в цепи возникнет нарастающий электрический ток. В результате этого катушка становится электромагнитом и создает вокруг себя магнитное поле.

Из-за явление самоиндукции после разрядки конденсатора ток не прекращается мгновенно, а будет продолжать течь еще некоторое время в том же направлении, снова заряжая пластины конденсатора. Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца, будет иметь то же направление и перезарядит конденсатор После этого весь процесс повторится в обратном направлении, и колебательный контур вернется в исходное состояние.

Описанный процесс перезарядки конденсатора через катушку повторяется через равные промежутки времени. При этом периодически меняются значения электрического заряда конденсатора, напряжения на нем и силы тока в контуре.

Периодические изменения электрического заряда, силы тока и напряжения в цепях называют электромагнитными колебаниями.

При отсутствии потерь энергии в контуре электромагнитные колебания будут гармоническими, т.е. значение электрического заряда, силы тока и напряжения в цепи изменяются по закону синуса или косинуса. Процесс будет повторяться по аналогии с колебаниями маятниками.

2. Превращение энергии в колебательном контуре

Зарядка конденсатора аналогична отклонению пружинного маятника от положения равновесия, а энергия электрического поля заряженного конденсатора - потенциальной энергии деформиро-ванной пружины. В колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора: = в энергию магнитного поля катушки с током : W= , и наоборот.

Полная энергия ЭМ поля контура равна: W= + =

ФИЗКУЛЬТМИНУТКА: сидя прямо с опущенными руками, резко напрячь мышцы всего тела. Затем быстро полностью расслабиться, опустить голову, закрыть глаза. Посидеть так 10-15 с. Проделать упражнение 2-4 раза.

Если конденсатор заряжен до напряжения Um, то его заряд будет равен = . В этом состоянии энергия электрического поля максимальна и равна - . Это состояние эквивалентно состоянию пружинного маятника, когда пружину растянули на х и передали механической колебательной системе потенциальную энергию . . Когда конденсатор полностью разрядится, энергия магнитного поля максимальна и равна Это состояние эквивалентно состоянию пружинного маятника, когда груз на пружине в положении равновесия имеет максимальную скорость. Кинетическая энергия маятника при этом равна . Когда сила тока уменьшится до нуля, конденсатор окажется перезаряженным. Если потерь энергии в контуре нет, напряжение и заряд конденсатора равны начальным. Во время колебания груза на пружине этому моменту соответствует его остановка в крайнем верхнем положении, когда потенциальная энергия максимальна.

Затем конденсатор снова начнет разряжаться и в контуре возникнет ток обратного направления, энергия электрического поля заряженного конденсатора будет уменьшаться, а магнитного - расти. В определенный момент времени конденсатор разрядится, сила тока и энергия магнитного поля достигнут максимальных значений. Это соответствует прохождению грузом положения равновесия.

Необходимо подчеркнуть еще раз, что максимальная энергия, накопленная в конденсаторе, во время колебаний преобразуется в энергию магнитного поля катушки. Процесс превращения одного вида энергии в другой продлится до тех пор, пока в круге будут происходить колебания.

Ⅲ.ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Где сосредоточится энергия при свободных колебаний в контуре через 1/8, 1/4, 1/2 и 3/4 периода после того, как начнет разряжаться конденсатор?

2. Емкость конденсатора колебательного контура С=1мкФ, индуктивность катушки L=0,04 Гн, амплитуда колебаний напряжения Um=100 В. В данный момент времени напряжение на конденсаторе u=80 В. Найти: амплитуду колебаний силы тока Im; полную энергию W; энергию электрического поля Wэл; энергию магнитного поля Wм.

Дано: С=1 мкФ=

Ф L=0,04 Гн Um=100 В Im-? W-?Wэл -? Wм-?

Решение: Из закона сохранения энергии максимальные энергии конденсатора и катушки индуктивности равны:

Откуда

Полная энергия равна

Из закона сохранения энергии W= Wм + Wэл выразим Wм: Wм=W- Wэл=0,005 Дж-0,0032 Дж=0,0018 Дж Ответ: Im=0,5 А, W=0,005 Дж, Wэл -0,0032 Дж Wм-0,0018 Дж

V. Подведение итогов урока: Электрическим колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из конденсатора С и катушки L. Периодические изменения электрического заряда, силы тока и напряжения в цепях называют электромагнитными колебаниями.

VI. Домашнее задание: изучить §17,18 ,выучить формулы, определения, вып.письм. ЕГЭ Стр.76

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!