Автоколебания физика 11 класс конспект

Обновлено: 06.07.2024

Вынужденные колебания возникают под действием переменного напряжения, вырабатываемого генераторами на электростанциях.
Такие генераторы не могут создавать колебания высокой частоты, необходимые для радиосвязи? т.к. для этого потребовалась бы очень большая скорость вращения ротора.
Колебания высокой частоты получают, например, с помощью генератора на транзисторе.

Автоколебательные системы

Обычно незатухающие вынужденные колебания поддерживаются в цепи действием внешнего периодического напряжения.
Но возможны и другие способы получения незатухающих колебаний.

Например, есть система, в которой могут существовать свободные электромагнитные колебания, с источником энергии.
Если сама система будет регулировать поступление энергии в колебательный контур для компенсации потерь энергии на резисторе, то в ней могут возникнуть незатухающие колебания.

Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри самой системы, называются автоколебательными. Незатухающие колебания, существующие в системе без воздействия на нее внешних периодических сил, называются автоколебаниями.

Генератор на транзисторе — пример автоколебательной системы.
Он состоит из колебательного контура с конденсатором емкостью С и катушкой индуктивностью L, источника энергии и транзистора.

Как создать незатухающие колебания в контуре?

Чтобы электромагнитные колебания в контуре не затухали, нужно компенсировать потери энергии за каждый период.

Пополнять энергию в контуре можно, подзаряжая конденсатор.
Для этого надо периодически подключать контур к источнику постоянного напряжения.

Конденсатор должен подключаться к источнику только в те интервалы времени, когда присоединенная к положительному полюсу источника пластина заряжена положительно, а присоединенная к отрицательному полюсу — отрицательно.
Только в этом случае источник будет подзаряжать конденсатор, пополняя его энергию.

Если же ключ замкнуть в момент, когда присоединенная к положительному полюсу источника пластина имеет отрицательный заряд, а присоединенная к отрицательному полюсу — положительный, то конденсатор будет разряжаться через источник. Энергия конденсатора при этом будет убывать.

Источник постоянного напряжения, постоянно подключенный к конденсатору контура, не может поддерживать в нем незатухающие колебания, так же как постоянная сила не может поддерживать механические колебания.
В течение половины периода энергия поступает в контур, а в течение следующей половины периода возвращается в источник.

В контуре незатухающие колебания установятся лишь при условии, что источник будет подключаться к контуру в те интервалы времени, когда возможна передача энергии конденсатору.
Для этого необходимо обеспечить автоматическую работу ключа.
При высокой частоте колебаний ключ должен обладать надежным быстродействием. В качестве такого практически безынерционного ключа и используется транзистор.

Транзистор состоит из эмиттера, базы и коллектора.
Эмиттер и коллектор имеют одинаковые основные носители заряда, например дырки (полупроводник p-типа).
База имеет основные носители противоположного знака, например электроны (полупроводник n-типа).

Работа генератора на транзисторе

Колебательный контур соединен последовательно с источником напряжения и транзистором так, что на эмиттер подается положительный потенциал, а на коллектор — отрицательный.
При этом переход эмиттер — база (эмиттерный переход) является прямым, а переход база — коллектор (коллекторный переход) оказывается обратным, и ток в цепи не идет.
Это соответствует разомкнутому ключу.

Чтобы в цепи контура возникал ток и подзаряжал конденсатор контура в ходе колебаний, нужно сообщать базе отрицательный относительно эмиттера потенциал, причем в те интервалы времени, когда верхняя пластина конденсатора заряжена положительно, а нижняя — отрицательно.
Это соответствует замкнутому ключу.

В интервалы времени, когда верхняя пластина конденсатора заряжена отрицательно, а нижняя — положительно, ток в цепи контура должен отсутствовать. Для этого база должна иметь положительный потенциал относительно эмиттера.

Таким образом, для компенсации потерь энергии колебаний в контуре напряжение на эмиттерном переходе должно периодически менять знак в строгом соответствии с колебаниями напряжения на контуре.
Необходима обратная связь.

Генераторы на транзисторах широко применяются не только во многих радиотехнических устройствах: радиоприемниках, передающих радиостанциях, усилителях, ЭВМ.

Основные элементы автоколебательной системы

На примере генератора на транзисторе можно выделить основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем.

1. Источник энергии, за счет которого поддерживаются незатухающие колебания (в генераторе на транзисторе это источник постоянного напряжения).

2. Колебательная система — та часть автоколебательной системы, непосредственно в которой происходят колебания (в генераторе на транзисторе это колебательный контур).

3. Устройство, регулирующее поступление энергии от источника в колебательную систему - клапан (в рассмотренном генераторе - транзистор).

4. Устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которой колебательная система управляет клапаном (в генераторе на транзисторе - индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи эмиттер — база).

Примеры автоколебательных систем

Автоколебания в механических системах: часы с маятником или балансиром (колесиком с пружинкой, совершающим крутильные колебания). Источником энергии в часах служит потенциальная энергия поднятой гири или сжатой пружины.

К автоколебательным системам относятся электрический звонок с прерывателем, свисток, органные трубы и многое другое. Наше сердце и легкие также можно рассматривать как автоколебательные системы.

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Тема урока: Автоколебательные системы. Генератор на транзисторе.

Если в систему, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания, поместить источник энергии и система сама регулировала бы подачу энергии порциями, то появятся незатухающие колебания. Системы называются автоколебательными, если в них создаются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри системы. Генератор на транзисторе – автоколебательная система.

Как создать незатухающие колебания в контуре?

Необходимо обеспечивать автоматическую работу клапана или ключа.

Клапан должен обладать большим быстродействием. Такую работу безинерционного клапана выполняет транзистор, который состоит из 3-х полупроводников: коллектора, эмиттера и базы. Эмиттер и коллектор имеют одинаковые основные носители заряда;

основные носители базы имеют противоположный знак.

Работа генератора на транзисторе.

На схеме видим, что колебательный контур последовательно соединен с источником напряжения, а далее расположен транзистор.

Переход база – коллектор является обратным (ток в цепи не идет); при этом переход эмиттер- база оказывается прямым. Что соответствует разомкнутому ключу на схемах.

На коллектор подается отрицательный потенциал, а на эмиттер – положительный.

Чем меньше индуктивность и емкость, тем больше частота колебаний

Генераторы на транзисторах широко применяются в радиотехнических устройствах, электронно – вычислительных машинах.

Основные элементы автоколебательной системы.

Выделим основные элементы, применяемые во многих автоколебательных системах. Источник энергии автоколебаний Для электромагнитных колебательных систем Для механических колебательных систем

1. Источник постоянного напряжения Генератор на транзисторе Потенциальная энергия поднятой гири или сжатой пружины

2. Колебательная система Колебательный контур Маятник

3. Регулятор поступления энергии Транзистор

4. Обратная связь Индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи эмиттер – база

Закрепление изученной темы:

1. Где возникают автоколебания? 2. Чем отличаются автоколебания от свободных и вынужденных колебаний? 3. Описать роль транзистора в создании автоколебаний? 4. Что такое обратная связь и как она осуществляется в генераторе на транзисторе? 5. Выделить элементы автоколебательной системы.

подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Сейчас обучается 933 человека из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

Курс добавлен 31.01.2022
Сейчас обучается 24 человека из 17 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

ЗП до 91 000 руб.
Гибкий график
Удаленная работа

Дистанционные курсы для педагогов

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 610 812 материалов в базе

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

10.01.2016 7753
PPTX 135.6 кбайт
209 скачиваний
Рейтинг: 3 из 5
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Гусарова Светлана Васильевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
Для учеников 1-11 классов

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Минтруд предложил упростить направление маткапитала на образование

Время чтения: 1 минута

Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

Время чтения: 2 минуты

В Россию приехали 10 тысяч детей из Луганской и Донецкой Народных республик

Время чтения: 2 минуты

Минобрнауки и Минпросвещения запустили горячие линии по оказанию психологической помощи

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Посмотрев данный видеоурок, учащиеся вспомнят, что называют вынужденными незатухающими колебаниями. Познакомятся с новым видом незатухающих колебаний — автоколебаниями. Узнают, из каких основных элементов состоит любая автоколебательная система. Также мы расскажем об устройстве и принципе действия некоторых автоколебательных систем.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Автоколебания"

На прошлых уроках мы с вами знакомились с колебательным движением, то есть процессом, при котором какая-либо физическая величина, характеризующая этот процесс, последовательно изменяется то в одну, то в другую сторону около некоторого своего среднего значения.

Мы с вами показали, что любые свободные колебания (будь то механические или электрические) с течением времени затухают из-за потерь энергии (трение, сопротивление среды, сопротивление проводников тока и так далее).

Между тем и в технике, и в физических опытах нужны и важны незатухающие колебания, периодичность которых сохраняется всё время, пока система колеблется. Мы уже с вами знаем, что вынужденные колебания, при которых потери энергии восполняются работой периодической внешней силы, являются незатухающими. Но откуда взять внешнюю периодическую силу? Ведь она в свою очередь требует источника каких-то незатухающих колебаний.

На практике, чаще всего незатухающие колебания создаются такими устройствами, которые сами могут поддерживать свои колебания за счёт некоторого постоянного источника энергии, не обладающего колебательными свойствами. Такие устройства называются автоколебательными системами, а происходящие в них колебания — автоколебаниями.

Рассмотрим простейшую автоколебательную систему.

Вот у нас есть пружинный маятник к грузу которого прикреплена небольшая металлическая пластинка. Под системой располагается небольшая чашечка со ртутью. Возьмём источник постоянного тока, один полюс которого соединим с пружинкой, а второй — с чашечкой. При опускании груза электрическая цепь замыкается и по пружине проходит ток. Витки пружины благодаря магнитному полю тока начинают при этом притягиваться друг к другу. Пружина сжимается, и груз начинает двигаться вверх. Вследствие этого контакт разрывается и витки перестают стягиваться — груз опять опускается, и весь процесс повторяется снова.

Таким образом, колебание пружинного маятника, которое само по себе затухало бы, поддерживается периодическими толчками, обусловленными самим колебанием маятника. При этом система сама управляет работой действующей на неё силы с помощью контакта-прерывателя и регулирует поступление энергии от источника.

Колебания не затухают именно потому, что за каждый период от источника тока отбирается ровно столько энергии, сколько её расходуется за то же время на трение и другие потери. Что же касается периода этих незатухающих колебаний, то он практически совпадает с собственным периодом пружинного маятника, то есть определяется жёсткостью пружины и массой груза.

Подобным образом возникают незатухающие колебания молоточка в электрическом звонке, с той лишь разницей, что в нём периодические толчки создаются отдельным электромагнитом. Электромеханические автоколебательные системы очень широко применяются в технике. Но не менее распространёнными и важными являются чисто механические автоколебательные устройства. Примерами могут служить колебания струн в смычковых инструментах, колебания воздуха в органных трубах и практически любой часовой механизм. Так, незатухающие колебания маятника или балансира часов поддерживаются за счёт потенциальной энергии поднятой гири или за счёт упругой энергии заведённой пружины.

Интересно, что первые мысли о применении маятника в простейших приборах измерения времени пришла великому итальянскому учёному Галилео Галилею. Сохранилось предание, что в 1583 году молодой учёный, находясь в Пизанском соборе, обратил внимание на раскачивание люстры. Он заметил, отсчитывая пульс, что время одного колебания люстры остаётся примерно постоянным, хотя размах делается все меньше и меньше. Позже Галилей установил, что при малой амплитуде период колебаний маятника зависит только от его длины и имеет постоянную длительность. Такие колебания стали называть изохронными. Очень важно, что при изохронных колебаниях период маятника не зависит от его массы. Благодаря этому свойству маятник оказался очень удобным прибором для измерения небольших отрезков времени.

На данный момент старейшие маятниковые часы Европы находятся в Республике Беларусь в городе Гродно.

Они находятся в рабочем состоянии уже на протяжении более 500 лет. Часовой механизм приводит в действие 70-килограммовая механическая гиря, находящаяся в шахте высотой 15 м. Чтобы часы работали исправно, каждый день смотритель поднимает эту гирю на высоту пятиэтажного дома.

Теперь давайте установим из каких частей должна состоять колебательная система, что бы в ней могли существовать автоколебания. Для этого соберём цепь, состоящую из колебательного контура, постоянного источника энергии и ключа. Мы уже с вами знаем, что если зарядить конденсатор, то в контуре возникнут затухающие электромагнитные колебания, так как в конце каждого периода заряд на обкладках конденсатора будет уменьшаться. В результате будет уменьшаться и энергия колебаний, так как она пропорциональная квадрату заряда одной из пластин.

Чтобы колебания были незатухающими, необходимо периодически подзаряжать конденсатор, подключая контур к источнику постоянного напряжения. Но подключать источник к конденсатору нужно в только в тот момент, когда к положительному полюсу источника подключена положительно заряженная пластина. Тогда конденсатор сможет подзаряжаться. В противном же случае конденсатор будет разряжаться через источник тока и его энергия будет убывать.

Понятно, что из-за высокой частоты электромагнитных колебаний мы чисто механически словить нужный момент не можем. Поэтому необходимо обеспечить автоматическую работу ключа (или, как его часто называют, клапана). При этом клапан должен быть практически безынерционным и обладать необходимым быстродействием. Долгое время в качестве такого ключа использовались диодные лампы. Однако они были недостаточно надёжны. Всё изменилось 23 декабря 1947 года, когда американские учёные Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли презентовали первый в мире биполярный транзистор (за это изобретение в 1956 году все трое были удостоены Нобелевской премии по физике).

Транзистор, напомним, состоит из трёх различных полупроводников: эмиттера, базы и коллектора. Эмиттер и коллектор являются полупроводниками одного типа (например, p-типа), то есть имеют одинаковые основные носители заряда. А база имеет основные носители противоположного знака (полупроводник n-типа).

Упрощённая схема генератора на транзисторе представляет собой колебательный контур, последовательно подключённый к отрицательному полюсу источника напряжения и коллектору транзистора. Положительный потенциал источника подаётся на эмиттер.

Если на базе транзистора находится отрицательный потенциал, по отношению к эмиттеру, то через транзистор течёт ток (ключ замкнут). В противоположном случае ток через транзистор не идёт — ключ разомкнут. При этом переход эмиттер — база (эмиттерный переход) является прямым, а переход база — коллектор (коллекторный переход) оказывается обратным.

Управляет транзисторным ключом цепь индуктивной обратной связи в виде дополнительной обмотки, индуктивно связанной с катушкой индуктивности контура и подключённой к эмиттерному переходу транзистора.

Если фаза колебаний напряжения на эмиттерном переходе подобрана правильно, то толчки тока в цепи контура действуют на контур в нужные интервалы времени: в полупериод колебаний, когда ЭДС катушки обратной связи создаёт на базе отрицательный потенциал относительно эмиттера, транзистор открыт — конденсатор подзаряжается. В следующий полупериод на базе положительный потенциал относительно эмиттера — транзистор закрыт и подзарядки нет. Таким образом в контуре создают незатухающие электромагнитные колебания, которые широко используются в радиотехнике.

На примере генератора на транзисторе можно выделить основные элементы большинства автоколебательных систем:

Во-первых, это собственно колебательная система, то есть та часть автоколебательной системы, в которой происходят колебания (в нашем примере — это колебательный контур).

Во-вторых, необходим источник энергии, за счёт которого компенсируются потери (в нашем примере это источник постоянного напряжения).

Ещё нужен клапан — некоторый орган, регулирующий поступление энергии в колебательную систему определёнными порциями в нужный момент (у нас роль такого клапана выполнял транзистор).

И, конечно же, необходимо устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которой колебательная система управляет клапаном (в генераторе на транзисторе таковой является индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи эмиттер — база).

Отметим ещё и то, что для работы автоколебательной системы очень важную роль играет выбор фазы обратной связи. Покажем это на конкретном примере. Возьмём камертон, между ножками которого расположим небольшой электромагнит и включим эту систему в электрическую цепь так, как это показано на экране.

Когда ножки камертона расходятся, происходит замыкание цепи и через обмотку электромагнита течёт ток. Возникающее при этом магнитное поле стягивает ножки камертона и происходит размыкание цепи. Далее следует повторение всего цикла.

А теперь перенесём контакт с внешней стороны ножки камертона на внутреннюю. Замыкание происходит теперь не при расхождении, а при сближении ножек камертона. То есть момент включения электромагнита передвинут на полпериода по сравнению с предыдущим опытом. Легко видеть, что в этом случае камертон будет все время сжат постоянно включённым электромагнитом. Значит, колебания камертона вообще не возникнут.

Внимание Скидка 50% на курсы! Спешите подать
заявку

Профессиональной переподготовки 30 курсов от 6900 руб.

Курсы для всех от 3000 руб. от 1500 руб.

Повышение квалификации 36 курсов от 1500 руб.

Лицензия №037267 от 17.03.2016 г.
выдана департаментом образования г. Москвы

Конспект урока по Физике "Генератор на транзисторе. Автоколебания" 11 класс

Тема урока : "Генератор на транзисторе. Автоколебания"

План – конспект урока по физике, подготовила Мызникова Елена Викторовна, учитель физики МБОУ гимназия №64 , 11 класс.

Тип урока: Урок изложения нового материала.

Сформировать понятие автоколебаний, рассмотреть принцип действия генератора незатухающих колебаний на транзисторе.

Продолжить формирование знаний по физическим основам получения переменного тока.

Развивать практические умения учащихся: умение анализировать, обобщать, выделять главную мысль из рассказа учителя и делать выводы.

Развивать умение применять полученные знания в новых условиях.

Расширить мировоззрение учащихся об истории исследования по проблемам вынужденных колебаний, вкладе ученых в становление теории автоколебаний.

Отрабатывать навыки учебного труда по ведению конспекта материала.

Оборудование : компьютер, рабочие листы для учащихся, тест.

Демонстрации : презентация по теме, катушк а индуктивности (на 120 В) от универсального трансформатора и батареи конденсаторов Бк-58 , батарея напряжением 4,5В, комплект универсального трансформатора , электронный осциллограф ОЭШ.

1. Организационный момент, актуализация знаний, необходимых для усвоения нового материала

3. Изучение нового материала, демонстрационный эксперимент.

4. Проверка понимания учащимися изученного материала и его первичное закрепление.

5. Рефлексия домашнее задание.

и методическое обоснование

1. Орг. момент, актуализация знаний, необходимых для усвоения нового материала

1.Какие вещества называют полупроводниками?

2. Что такое транзистор?

3. Из каких основных элементов он состоит?

4. Назовите основные носители базы, эмиттера, коллектора.

5. Действие транзистора. Условное изображение на схеме.

6. Колебания. Виды колебаний.

7.Почему колебания затухают с течением времени?

Обучающиеся дают ответы на вопросы.

1.Полупроводники - широкий класс веществ, характеризующийся значениями

удельной электропроводности, лежащей в диапазоне между удельной

электропроводностью металлов и хороших диэлектриков

2. Транзистор - усилитель электрических колебаний.3.Состоит из трёх областей, крайние из которых обладают дырочной проводимостью, а средняя — электронной: эмиттер, коллектор, база.

4. База - электроны, коллектор и эмиттер- дырки. 5. Одна из областей триода, например левая, содержит обычно в сотни раз большее количество примеси р-типа, чем количество n-примеси в n-области. Поэтому прямой ток через р—n-переход будет состоять почти исключительно из дырок, движущихся слева направо. Попав в n-область триода, дырки, совершающие тепловое движение, диффундируют по направлению к n—р-переходу, но частично успевают претерпеть рекомбинацию со свободными элек тронами n-области. Но если n-об ласть узка и свободных электронов в ней не слишком много, то большинство дырок достигнет второго перехода и, попав в него, переместится его полем в правую р-область.

Актуализация опорных знаний.

и цели урока, мотивация учебной деятельности

Свободные электромагнитные колебания в реальном колебательном контуре всегда затухающие. Сегодня на уроке нам предстоит решить проблему: нужно создать устройство, с помощью которого компенсировались бы потери энергии при каждом полном колебании в контуре для того, чтобы они были незатухающими. Как это можно сделать? Основываясь на своих знаниях, предложите способы решения данной проблемы. На это отводится 2 минуты. Работа в парах. Учитель корректирует и рецензирует результаты.

(После выполнения задания учитель обобщает предложенные результаты, обсуждая и комментируя каждый вариант)

Вывод: Можно использовать автоколебания. Формулируется тема и цель урока (для учащихся).

Учащиеся изучают предложенные им идеи и создают несколько вариантов комбинаций. По истечению времени оглашают свой вариант, единомышленники со сходным результатом могут присоединиться, или отредактировать предложенную версию. Все версии оформляются на доске для всеобщего рассмотрения.

3. Изучение нового материала, демонстрационный эксперимент, исторический экскурс

Накануне первой мировой войны Россия в научном отношении значительно отставала от передовых капиталистических стран. В частности, в России не было радиотехнической промышленности. Всё оборудование для радиосвязи приходилось ввозить из-за границы, а после революции этот источник был практически закрыт. В этих условиях советские ученые Крылов, Мандельштам, Папалекси, Андронов провели столь глубокие исследования по проблемам вынужденных колебаний, что намного опередили своих западных коллег, так что мировой научный центр по этим проблемам переместился в СССР.

4 слайд Мотивационный компонент.

При свободных колебаниях энергия системы уменьшается. Вопросы учащимся:

1.Почему? Ещё раз обобщим то, что мы уже сказали, обсуждая проблему, поставленную на уроке. 2.Как получить незатухающие колебания? 3. Каким условиям должен удовлетворять этот источник?

5 слайд Получение новых знаний

Широко применимы так называемые автоколебания — незатухающие колебания, поддерживаемые в системе за счет постоянного внешнего источника энергии, причем сама система управляет им, обеспечивая согласованность поступления энергии определенными порциями в нужный момент времени. Частота и амплитуда автоколебаний определяются свойствами самой системы и не зависят от внешнего воздействия. К примеру, под стальной гирей, висящей на пружине, располагается электромагнит. Если будут попеременно включать и выключать ток, то гиря начнет совершать вынужденные колебания. Попробуйте объяснить, что будет происходить дальше.

Дальше можно сделать так, чтобы гиря, колеблющаяся вверх-вниз, сама замыкала и размыкала цепь. Средний провод зажат прищепкой так, что касается гири, пока она вверху. Ток, проходя через пружину, гирю, средний провод и катушку, намагничивает ее сердечник. Гиря сделана из стали, поэтому она притягивается к сердечнику, то есть движется вниз. Вскоре она отсоединяется от среднего провода, ток прекращается, и магнитное поле исчезает. Под действием пружины гиря поднимется вверх и снова замыкает цепь.

Таким образом, будут проходить автоколебания.

6 слайд Получение новых знаний.

Приведем примеры автоколебаний:

незатухающие колебания маятника часов за счёт постоянного действия тяжести заводной гири;

колебания скрипичной струны под воздействием равномерно движущегося смычка;

колебание воздушного столба в трубе органа, при равномерной подаче воздуха в неё;

вращательные колебания латунной часовой шестерёнки со стальной осью, подвешенной к магниту и закрученной

образование турбулентных потоков на перекатах и порогах рек;

голоса людей, животных и птиц образуются благодаря автоколебаниям, возникающим при прохождении воздуха через голосовые связки.

Получение новых знаний. Использование межпредметных связей.

Вспомните то общее, что присуще таким колебательным системам, как пружинный и нитяной маятники, колебательный контур.

Примером механической автоколебательной системы являются маятниковые часы, модель которых изображена на слайде. В 1657 году голландский физик Христиан Гюйгенс предложил использовать изохронность колебаний маятника для создания равномерного движения стрелки на часах. Устройство, предложенное Гюйгенсом, в его главных чертах сохранилось до настоящего времени: маятник, поднятый груз, анкер и ходовое колесо. Обращаю внимание учащихся на то, что в основном маятник движется свободно, получая за период два толчка. Колебания возникают и поддерживаются самой колебательной системой, то есть являются автоколебаниями .

В них могут возникать свободные колебания, эти колебания всегда являются затухающими, в идеализированных системах они являются незатухающими, гармоническими. В этом случае их частота определяется свойствами самой системы, а амплитуда зависит от начальных условий.

Учащимся предлагают самим определить, какой вид колебаний имеет здесь место, назвать основные части этой колебательной системы: маятник (колебательная система), поднятая гиря (источник энергии), храповое колесо с анкерной вилкой (клапан, регулирующий поступление энергии от источника в систему).

8 слайд Получение новых знаний.

Подготовить учащихся к рассмотрению электромагнитных автоколебаний. Демонстрация работы маятника в часах

Попробуйте, опираясь на слайд презентации объяснить работу электрического звонка, как примера автоколебательной системы

Когда электрическая цепь замкнута, электромагнит притягивает железную деталь с молоточком, ударяющим по звонку, и разрывает цепь. После этого система возвращается в исходное положение, и процесс повторяется.

Получение новых знаний.

Анализируя работу данного механизма, необходимо выделить основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем и объединить их в блок-схему

Учащиеся участвуют в обсуждении, делают выводы.

Используя метод аналогий, переходим от механической автоколебательной системы к электромагнитной автоколебательной системе. Анализируем, что можно использовать в качестве источника энергии, клапана, колебательной системы в электрической цепи и как можно осуществить обратную связь между клапаном и колебательной системой.

Объяснение принципа работы генератора на транзисторе.

В момент подключения источника постоянного тока через коллекторную цепь транзистора проходит ток, заряжающий конденсатор колебательного контура. В контуре возникнут свободные электромагнитные колебания. Так как катушка колебательного контура индуктивно связана с катушкой обратной связи, то ее изменяющееся магнитное поле вызовет в катушке обратной связи переменную ЭДС такой же частоты, как и колебания в контуре. Эта ЭДС, будучи приложена к участку база – эмиттер, вызовет пульсацию тока в цепи коллектора. Так как частота этих пульсаций равна частоте электромагнитных колебаний в контуре, то они подзаряжают конденсатор контура и тем самым поддерживают постоянной амплитуду колебаний в контуре.

Изменить электроемкость батареи и наблюдают изменение частоты колебаний генератора. Изменить индуктивность катушки (например, медленно поднимая ее по магнитопроводу), наблюдают тот же эффект.

Амплитуда колебаний также зависит от самой системы. Можно продемонстрировать эту зависимость, включив последовательно в цепь контура переменное сопротивление: амплитуда колебаний генератора уменьшится.

Объяснить, что при замыкании ключа через транзистор от источника энергии проходит импульс тока, которым заряжается конденсатор контура. В контуре при разрядке конденсатора возникают свободные затухающие колебания.

Роль катушки обратной связи иллюстрируют на опыте: поменяв местами провода, идущие к катушке обратной связи, убеждаются в отсутствии, колебаний в контуре генератора. Восстановив прежнюю схему, можно увидеть, что генератор вновь работает. Делают вывод: пульсирующий ток в коллекторной цепи увеличивает или уменьшает силу тока в контуре в зависимости от того, в какие моменты открывается транзистор (а транзистор открывается и закрывается той переменной ЭДС, которая наводится в катушке обратной связи). Соответственно пульсации коллекторного тока либо совпадают с изменением тока в контуре (и тем самым усиливают его), либо оказываются противоположными (и ослабляют (гасят) ток в этом контуре). Поэтому генерация колебаний возможна только при определенном подключении катушки обратной связи.

Поднимая катушку обратной связи по магнитопроводу, наблюдать на осциллограмме уменьшение амплитуды колебаний. Это объясняют тем, что связь катушки становится слабее с контуром и тем самым уменьшается наводимая в ней ЭДС. Если связь станет еще слабее, колебания в контуре затухнут, так как при слабой обратной связи энергия, поступающая в контур за период, оказывается меньше потерь энергии в контуре.

Читайте также: