План-конспект урока по физике на тему «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ»

Физика

9 "б" класс

Тема: «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ»

Цель урока: изучить понятие электромагнитные колебания и изучить формулу Томсона

Задачи:

Воспитательная: воспитать культуру физического труда; внимательность при объяснении нового материала.

Образовательная: Дать понятие математическому и пружинному маятнику, изучить понятие электромагнитные колебания и изучить формулу Томсона

Развивающая: способствовать развитию мыслительной деятельности.

Требования к знаниям и умениям:

Учащиеся должны знать:

-что называется свободным и вынужденным колебанием

- что называется колебательным контуром, определение электромагнитных колебаний

Учащиеся должны уметь:

- вычислять 1, Т, т, к, и на основании формул для периода матем. и пру­жинного маятников;

- решать качест­венные задачи, объяснять явления на основе изученного;

- применять формулу Томсона при решении задач

Тип урока: комбинированный урок

Программное обеспечение: учебник, рабочая тетрадь, доска, справочный материал и предлагаемый учителем дополнительный материал.

План:

I Орг. момент

II Проверка домашнего задания

III Устный опрос по прошедшим темам: «Превращение энергии при колебательном движении»

IV Изучение нового материала:

1.Электромагнитные колебания

2. Формула Томсона

3. Решение задач

V Подведение итогов

VI Домашнее задание

Ход урока:

I Орг. момент

II Проверка домашнего задания:

III Устный опрос по прошедшим темам: «колебательное движение»

- В каком положении кинетическая энергия тела в колебательном движении наибольшая? Почему?

- В каком положении потенциальная энергия пружинного маятника наибольшая? Почему?

- Чему равна полная энергия колебательного тела в любой точке траектории?

- Какие примеры затухающего колебания вы можете привести?

IV Изучение нового материала:

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

Электромагнитные колебания могут быть свободными и вынужденными.

            Свободные электромагнитные колебания – это периодически повторяющиеся изменения заряда, напряжения и силы тока.

Свободные электрические колебания происходят в колебательном контуре, состоящем из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью L. После зарядки конденсатора, в колебательном контуре вследствие явления самоиндукции происходят периодические превращения энергии электрического поля заряженного конденсатора в энергию магнитного поля катушки с током. Если сопротивление проводов контура можно пренебречь,  такой контур является идеальным и в нем происходят незатухающие электромагнитные колебания заряда и напряжения на обкладках конденсатора и силы тока в катушке индуктивности.

Колебания заряда происходят по закону косинуса: q = q_max cos ωt

Так как напряжение на конденсаторе равно U = q / C, то колебания напряжения происходят так же по закону косинуса: u = U_max cos ωt,  где U_max = q_max / C

Мгновенное значение силы тока в катушке равно i = q^’_t

i = - I_max sin ωt  или i = I_max cos (ωt + π/2), где I_max = q_maxω.

Графики колебаний заряда, напряжения и силы тока:

Период колебаний зависит от емкости конденсатора С и индуктивности L катушки:

Частота колебаний, как и для механических, обратна периоду  колебаний  ν = 1 / Т.

Собственная (циклическая)частота зависит так же от параметров колебательного контура:

В колебательном контуре происходят периодические превращения энергии  электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки. Если колебания незатухающие, то можно применить закон сохранения энергии:

            Вынужденные электромагнитные колебания – переменный ток. Он возникает в результате вращения рамки в магнитном поле (или вращения магнита внутри рамки) вследствие явления электромагнитной индукции.

При вращении рамки с угловой скоростью ω = 2πν меняется угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции. В результате магнитный поток меняется по закону:  Ф = BSN cos ωt, где BSN = Ф_max.

Тогда  в рамке возникает переменная ЭДС индукции e_i = - Ф’

e_i = ℰ_max sin ωt, где ℰ_max = BSNω

По закону Ома для участка цепи возникает переменный ток

i = e_i / R,  i =I_max sin ωt,  где  I_max = BSNω/R.

            Если колебательный контур подключить к источнику переменного тока, то в нем будет наблюдаться резонанс (резкое возрастание амплитуды колебаний силы тока) при выполнении условия: частота переменного тока равна собственной частоте колебательного контура, т.е. ω = ω₀.

            Трансформатор – это устройство для преобразования напряжения, состоящее из двух катушек с разным числом витков, надетых на общий сердечник. Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции.

Напряжение на вторичной обмотке зависит от числа витков в первичной и вторичной обмотках:

k  - коэффициент трансформации. При k > 1, трансформатор понижающий, при k < 1 – повышающий.

Период свободного электромагнитного колебания в колебательном контуре вычисляется через индуктивность контура (L) и емкость (С) по формуле:

В честь него это выражение называется формулой Томсона.

Формула Томсона названа в честь английского физика Уильяма Томсона, который вывел её в 1853 году, и связывает период собственных электрических или электромагнитных колебаний в контуре с его ёмкостью и индуктивностью.

Для того чтобы получить период (Т) в секундах (с), индуктивность (L) должна быть выражена в генри (Гн), а емкость (С) — в фарадах (Ф).

Решение задач:

1. Чему равен период собственных колебаний в контуре, если его индуктивность 2,5 Гн, а емкость 1,5 мкФ?

Дано:	Т =12,18 * 10-3с = 12,18мс
L = 2.5 Гн                  С = 1,5 мкФ = 1,5*10-6 Ф
Т – ?

2. Для демонстрации медленных электромагнитных колебаний собирается колебательный контур с конденсатором, емкость которого равна 2,5 мкФ. Какова должна быть индуктивность катушки при периоде колебания 0,2 с?

Дано:	Решение:
C=2,5мкФ=2,5 10-6 Ф T=0,2 c		Ответ:
L-?

3. Тело массой 200 г, подвешенное на пружине с жесткостью 16 Н/м колеблется с амплитудой 2 см в горизонтальной плоскости. Определите циклическую частоту колебания тела и энергию системы.

4. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 250 пФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Определите период и частоту свободных колебаний.

5. Необходимо собрать колебательный контур частотой 3 мГц, используя катушку индуктивностью 1,3 мГн. Какова должна быть емкость конденсатора?

Подведем итоги урока

Домашнее задание: повт. § 29 упр 24