Свободные и вынужденные электромагнитные колебания



Скачать 100.83 Kb.
Дата09.06.2013
Размер100.83 Kb.
ТипУрок
План-конспект урока.

Учитель: Винницкая Светлана Анатольевна, учитель физики высшей квалификационной категории, заместитель директора по УВР.

Класс: 11

Тема урока: Свободные и вынужденные электромагнитные колебания.

Структурные единицы урока: Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях.

Учебник: Физика 11. Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев.

Урок с использованием мультимедийного проектора или интерактивной доски.


п/п

Текст, который произносит учитель

Демонстрации:

- на экране;

- реальный эксперимент



Здравствуйте. Тема урока – «Электромагнитные колебания. Колебательный контур»

В кадре – текст:

Тема урока – «Электромагнитные колебания. Колебательный контур»



Вы уже знакомы с механическими колебаниями. Повторим основные понятия, которые используют при описании колебательных процессов.






Колебания – процессы (изменения состояния), которые точно или почти точно повторяются во времени.


Колебания – процессы (изменения состояния), которые точно или почти точно повторяются во времени.



Колебательная система - совокупность тел, способных совершать движения, многократно повторяющиеся или приблизительно повторяющиеся через определенные промежутки времени.

Колебательная система - совокупность тел, способных совершать движения, многократно повторяющиеся или приблизительно повторяющиеся через определенные промежутки времени.



Колебания характеризуются следующими физическими величинами






Амплитуда колебаний, наибольшее отклонение (от нулевого) значения величины, совершающей гармонические колебания.



Амплитуда колебаний, наибольшее отклонение (от нулевого) значения величины, совершающей гармонические колебания,

А или хmax

max]= м



Период колебаний, наименьший промежуток времени, через который система, совершающая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она находилась в момент, соответствующий началу колебаний (выбранному произвольно) или время одного полного колебания.


Период колебаний, наименьший промежуток времени, через который система, совершающая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она находилась в момент, соответствующий началу колебаний (выбранному произвольно).

Т

[Т]= с



Частота колебаний, число полных колебаний в единицу времени.


Частота колебаний, число полных колебаний в единицу времени.

γ

[γ] = Гц



Электромагнитные колебания были открыты случайно.






После того как изобрели лейденскую банку (первый конденсатор) и научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической машины, начали изучать разряд банки. Немецкий физик Гельмольц обратил внимание на колебательный характер разряда лейденской банки. В 1869 он показал, что аналогичные колебания возникают в индукционной катушке, соединенной с конденсатором (т.е., по существу, создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и емкости). Замыкая обкладки лейденской банки с помощью проволочной катушки, было обнаружено, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются. В этом ничего странного не было: электрический ток и должен намагничивать стальной сердечник катушки. Удивительным было то, что нельзя было предсказать, какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой – южным. Повторяя опыт примерно в одинаковых условиях, получался в одних случаях один результат, в других – другой. Таким образом было установлено, что при разрядке конденсатора через катушку возникают колебания.



Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд



Электромагнитные колебания – это периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения в колебательном контуре.






Колебательный контур, электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности и конденсатор, в которой могут возбуждаться электрические колебания.





Посмотрим как происходят электромагнитные колебания

Учитель показывает демонстрационный эксперимент.



Соберем электрическую цепь, состоящую их источника постоянного тока, магазина конденсаторов, катушки индуктивности, ключа, гальванометра. Наличие колебаний электрического тока мы сможем обнаружить с помощью гальванометра. Его стрелка будет откланяться в стороны, указывая на наличие тока в цепи.

Для демонстрации нужен магазин конденсаторов, катушку с сердечником, источник питания, соединительные провода, гальванометр и/или осциллограф.



Колебания, которые мы с вами сейчас наблюдаем, называются свободными колебаниями.

Демонстрация опыта



Свободными колебаниями называются колебания в системе, которые возникают после выведения ее из положения равновесия.

Свободными колебаниями называются колебания в системе, которые возникают после выведения ее из положения равновесия.



В нашем случае система выводится из равновесия при сообщении конденсатору заряда. Зарядка конденсатора эквивалентна отклонению маятника от положения равновесия.






Поместим вращающуюся проволочную рамку в постоянном магнитном поле. Подсоединим рамку с гальванометру. При вращении рамки мы наблюдаем колебания стрелки гальванометра. Они будут происходить до тех пор, пока мы вращаем рамку. Такие колебания называются вынужденными.

Демонстрация вынужденных колебаний.

Оборудование: гальванометр, рамка с кольцами и щетками, постоянный магнит, соединительные провода.



Вынужденными колебаниями называются колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.

Вынужденными колебаниями называются колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.



Свободные колебания всегда являются затухающими. Посмотрим компьютерный эксперимент, демонстрирующий свободные затухающие электромагнитные колебания.

Замыкая ключ в 1 положение, мы заряжаем конденсатор от источника питания (выводим систему из положения равновесия). Переключая ключ во 2 положение, мы разряжаем конденсатор через катушку, т.е. получаем электромагнитные колебания в колебательном контуре. На экране осциллографа мы наблюдаем изменение силы тока в цепи.

Демонстрацию можно показывать через проектор или на интерактивной доске.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669bee86-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_6.swf

п.5




Как мы видим, колебания довольно быстро затухают. Посмотрим еще один компьютерный эксперимент.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/88e6eb49-5eb3-40b3-90b0-5c833b3353dc/9_61.swf




Как мы видим, при охлаждении катушки, колебания затухают гораздо медленнее. Нам известно, что при понижении температуры металлического проводника уменьшается его электрическое сопротивление. Значит, чем меньше сопротивление проводников, тем дольше происходят электромагнитные колебания в колебательном контуре. Если сопротивление проводников в колебательном контуре принять за 0, то такое колебательный контур будет назваться идеальным. В этом контуре проводники не нагреваются, следовательно, энергия электромагнитного поля не превращается во внутреннюю энергию, а значит, колебания в таком контуре не будут затухать.

В реальных условиях такой контур создать невозможно. Катушка и соединительные провода имеют сопротивление, и в действительности потери энергии неизбежны. Чтобы представить колебательный контур, в котором учитывается электрическое сопротивление элементов, введем в электрическую цепь активное сопротивление. Если его значение равно 0, то мы имеем дел с физической моделью – идеальным колебательным контуром. Если R не равно 0, то мы можем рассматривать процессы, происходящие в реальном колебательном контуре с учетом затухания колебаний.

Для демонстрации нужно загрузить интерактивные л/р по физики http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/bf5c59d6-a562-2c61-9d98-139ac12015dd/?interface=pupil&class[]=54&subject[]=30

На экране будет интерактивная модель из л/р







Рассмотрим идеальный колебательный контур.

Почему в контуре возникают колебания?

Зарядим конденсатор. При этом конденсатор получит энергию



где q0 – максимальный заряд конденсатора, С – электроемкость конденсатора, U0 – максимальная разность потенциалов между обкладками конденсатора.

Конденсатор начнет разряжаться, и в цепи появится электрический ток. Сила тока не сразу достигает максимального значения, а увеличивается постепенно. Это обусловлено явлением самоиндукции. При появлении тока возникает переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле в проводнике. Вихревое электрическое поле при возрастании магнитного поля действует против тока и препятствует его мгновенному увеличению.

По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля уменьшается, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока, которая определяется формулой



где L – индуктивность катушки, I0 – сила тока, протекающая через катушку.

Полная энергия электромагнитного поля контура равна сумме энергий магнитного и электрического полей.



В момент, когда конденсатор полностью разрядится, энергия электрического поля станет равной нулю. Энергия же магнитного поля тока согласно закону сохранения энергии будет максимальной. В этот момент сила тока также достигнет максимального значения.

Несмотря на то что к этому моменту разность потенциалов на концах катушки становиться равной нулю, электрический ток не может прекратиться сразу. Этому препятствует явление самоиндукции. Как только сила тока и созданное им магнитное поле начнут уменьшаться, возникнет вихревое электрическое поле, которое поддерживает ток.

В результате конденсатор будет перезаряжаться до тех пор, пока сила тока, постепенно уменьшаясь, не станет равной нулю. Энергия магнитного поля в этот момент также станет равной нулю, энергия электрического поля конденсатора станет максимальной.

После этого конденсатор вновь начнет перезаряжаться, и система вернется в исходное состояние. Если бы не было потерь энергии, то этот процесс продолжался бы сколь угодно долго. Колебания были бы незатухающими. Через промежутки времени, равные периоду колебания, состояние системы в точности повторялось бы. Полная энергия при этом сохранялась бы, и ее значение в любой момент времени было бы равно максимальной энергии электрического поля или максимальной энергии магнитного поля. Это справедливо для идеального колебательного контура и применятся при решении задач.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669bee86-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_6.swf

п.6 На экране только электромагнитные колебания. 1 кадр – время равно периоду, последний кадр он же.












До свидания, на этом наш урок закончен.

Домашнее задание.

Учитель


Использовались материалы сайтов:

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/762

http://ru.wikipedia.org/wiki/

http://slovari.yandex.ru/

Похожие:

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания icon4 Механические и электромагнитные колебания и волны 1 Свободные и вынужденные колебания
На рисунках изображены зависимости от времени координаты и ускорения материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания iconЗаконы сохранения импульса, момента импульса, энергии. Их связь с однородностью пространства
Малые колебания системы материальных точек. Свободные колебания. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Явление резонанса
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания iconПрограмма вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 01. 04. 03 «Радиофизика»
Малые колебания системы материальных точек. Свободные колебания. Затухающие колебания
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания iconЛекция №27 механические колебания план Колебания. Характеристики гармонических колебаний
Свободные (собственные) колебания. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение. Гармонический осциллятор
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания iconМеханические и электромагнитные колебания и волны
Напишите уравнение движения (в си) для материальной точки, которая совершает гармонические колебания, если
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания icon4 Механические и электромагнитные колебания и волны 2 Сложение гармонических колебаний
Складываются два гармонических колебания одного направления с одинаковыми периодами. Результирующее колебание имеет минимальную амплитуду...
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания iconКолебания и волны. Волновая оптика (3-ий семестр, 2007/2008 уч год)
Свободные колебания систем с одной степенью свободы. Гармонический осциллятор. Частота, период, амплитуда и фаза собственных колебаний....
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания iconСвободные колебания предварительно напряженных тороидальных безмоментных оболочек

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания icon5Б1(1): Собственные и вынужденные одномерные колебания
Б9(1): Движение механических систем при наложенных связях. Голономные связи. Принцип виртуальных перемещений. Принцип Даламбера
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания iconЗаконы сохранения», «Механические колебания и волны». Зачет №3. «Электромагнитные явления»
Этот закон можно записать в таком виде
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org