Задачи урока:
Образовательная:
- Ввести понятие колебательного контура;
- Показать взаимосвязь между параметрами колебательных электрических систем и их влияние на процессы, происходящие в колебательном контуре;
- Осуществить сравнение электрических и механических колебаний.
Развивающая:
- Развитие логического мышления.
Воспитательная:
- Развитие интеллектуальных способностей учащихся.
Ход урока
I. Повторение механических колебаний через систему решений задач.
Учитель: Обратим внимание, как рассчитывается энергия при свободных колебания.
Методические замечания: учащимся предлагается задачи в ходе решения, которых необходимо повторить, как рассчитывается кинетическая и потенциальная энергия для пружинного и математического маятника
Примеры предлагаемых задач:
- Гиря, подвешенная к пружине, колеблется по вертикали с амплитудой 4см. Определить полную энергию колебаний гири, если коэффициент жесткости пружины равен 1кН/м.
- Маятник массой 10г и длиной 100см отклонен от положения равновесия на угол 600 и отпущен. Найти потенциальную энергию маятника в начале движения и кинетическую в отвесном положении.
II. Фронтально-индивидуальный опрос.
Методические замечания: Учащимся предлагается ряд вопросов, которые помогут учащимся в дальнейшем при изучений нового материала.
Вопросы:
- Что мы понимаем под электроемкостью проводника?
(Ответ: Электроемкость – это способность
держать на себе электрические заряды C=
). Замечание:
Если учащиеся затрудняются дать
определение электроемкости, то им необходимо
продемонстрировать опыты с электроскопом и
показать зависимость заряда от разности
потенциалов. - Как можно вычислить энергию заряженного конденсатора?
- Дайте понятие индуктивности.
- Как определить энергию магнитного поля контура?
- Дайте определение свободных и вынужденных колебаний.
III. Новый материал.
Рассмотрим процесс свободных электромагнитных колебаний.
Система, где наблюдаются свободные электромагнитные колебания, называется колебательным контуром.
Колебательный контур представляет собой конденсатор, замкнутый на катушку.
Периодические изменения заряда, силы тока, напряжения, напряженности и вектора магнитной индукции получило названия электромагнитных колебаний.
Рассмотрим с вами электромагнитные колебания на примере свободных колебаний.
Для этого составим с вами структурную схему к теме “Электромагнитные колебания”.
| Время | Вектор магнитной индукции | Индукционный ток, напряженность, напряжение | Энергия | Сравнение с математическим маятником |
| Для того чтобы система совершала свободные колебания ей необходимо сообщить энергию. Сообщим конденсатору потенциальную энергию или зарядим его | ||||
| t=0 | В=0 | i=0, Е=Е0, U=U0 | Wп мах | Выведем систему из положения
равновесия. Wп мах= mgh |
| Рассмотрим, что произойдет в системе за t=1/4 T. Так как конденсатор замкнут на катушку, то он начнет разряжаться. Ток разрядки будет нарастать. Это значит, что вокруг катушки создается переменное нарастающее магнитное поле, которое согласно закону электромагнитной индукции возбуждает в катушке эдс самоиндукции и индукционный ток, который будет препятствовать нарастанию основного тока. И к концу 1/4T ток достигнет максимального значения, а электрическое поле между обкладками конденсатора будет отсутствовать. | ||||
| t=1/4T | В=В0 | i=I 0, Е=0, U=0 | Wк мах | Через 1/4 T система вернется в положение равновесия x=0 и будет обладать максимальной кинетической энергией |
| Рассмотрим, что произойдет в системе через t =2/4T=1/2T . Так как между обкладками конденсатора электрического поля нет, то ток начинает ослабевать. Это значит, что вокруг контура создается переменное уменьшающееся магнитное поле, значит, возникнет эдс индукции и индукционный ток. Который будет сонаправлен с основным током и к концу 2/4Т обкладки конденсатора перезарядятся. Ток прекратится и энергия магнитного поля превратится в энергию электрического поля. | ||||
| t=2/4T =1/2T | В=0 | i=0, Е=-Е0, U=-U0 |
Wп мах | x=-x 0, Wп мах= mgh |
| Рассмотрим, что произойдет в системе через t =3/4T. В начале 3/4 T в контуре возникает ток, который нарастает, пока электрическое поле не станет равное нулю. В это же время вокруг проводника возникает нарастающее магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции создает в контуре эдс и индукционный ток, направленный против основного тока, поэтому ток достигнет своего максимального значения только к концу 3/4T энергия потенциальная полностью превратится в энергию движущихся зарядов. | ||||
| t=3/4T | В=-В0 | i=-I 0, Е=0, U=0 | Wк мах | X=0, W кмах |
| Рассмотрим, что произойдет в системе через t =Т. В начале последней четверти электрическое поле отсутствует. Электрические заряды движутся по инерции, т.е. ток ослабевает. Вокруг контура есть переменное магнитное поле, оно возбуждает в контуре эдс и индукционный ток сонаправлен с основным током по правилу Ленца, поэтому заряды к концу периода сконцентрируются на обкладках конденсатора. Энергия магнитного поля превратится в потенциальную энергию заряженного конденсатора. | ||||
| t=T | В=0 | i=0, Е=Е0 | Wп мах | Система вернется к положению
равновесия. Wп мах= mgh |
Вывод: Мы рассмотрели с вами процессы, происходящие в колебательном контуре, и увидели, как взаимосвязаны колебания, происходящие в механических системах с электрическими колебаниями.
IV. Домашнее задание: §28, 29
V. Закрепление.
Учитель: Заполняя
структурно-логическую таблицу, мы показали, как
меняется напряжение и координата с течением
времени в электрических и механических
колебательных системах. Используя
структурно-логическую таблицу, постройте
графики зависимости q( t), I( t) , 
( t) для электрических и механических
колебаний за время равное периоду.