Электромагнитные колебания колебательный контур 11 класс конспект

Обновлено: 07.07.2024

Используемые технологии: Проблемное обучение, исследовательские методы обучения, информационно- коммуникационные.

Форма урока : Комбинированный урок: Объяснение с элементами беседы, парная исследовательская работа с источниками информации.

Цель урока: Формирование результатов:

понимание физических процессов, происходящих в колебательном контуре, знание назначения, устройства, принципа действия колебательного контура, формул для расчёта энергии электрического поля конденсатора, катушки индуктивности, периода колебаний, умение систематизировать информацию, находить нужную информацию

Метапредметных: умение анализировать и систематизировать информацию из разных источников, получать необходимую информацию из справочных источников информации, пользоваться информационно-коммуникационными технологиями для решения задач

Личностных: формирование коммуникационных компетенций в ходе парной работы, мотивационных компетенций, развитие памяти, логического мышления.

Оборудование:

Средства ИКТ: мультимедиа проектор, интерактивная доска.

Лабораторное оборудование: нетбуки с загружеженными ЭОРми с федерального сайта образовательных ресурсов:

Раздаточный материал (приложения к плану урока): информация, лист отчёта.

Образовательные цифровые ресурсы: Флипчарт для интерактивной доски

Организационный момент. Создание проблемной ситуации. Актуализация знаний.

Изучение нового материала:

лекция с элементами беседы;

практическая работа (получение новых знаний продуктивно самостоятельно.

Домашнее задание, подведение итогов.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТАУРОКА

Организационный момент. Создание проблемной ситуации. Актуализация знаний.

Объяснительно-иллюстративные метод. Объяснение с элементами беседы. Фронтально.

Коллективно воспринимают информацию. Отвечают на вопросы. Репродуктивно.

Ребята, посмотрите фрагмент передачи на канале Россия 24

На экране стр. 1 флипчарта (видео)

Обсерватория в Карачаево- Черкесии зарегистрировала странный электромагнитный сигнал из космоса

Что мы видим? Что вы поняли из слов ведущего?

Было зафиксировано электромагнитное излучение, которое можно идентифицировать как специально посланный кем-то сигнал.

Т.е. это электромагнитная волна, которую излучил какой-то источник?

Давайте вспомним, что такое ЭМ волна?

Распространение ЭМ поля.

А что такое ЭМ поле

Электромагнитное поле - особый вид материи, совокупность магнитного и электрического полей

Что такое ЭМ колебания

Электромагнитные колебания - взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей

Как можно получить ЭМ колебания? Сегодня мы об этом поговорим, тема урока:

стр. 2 флипчарта

Изучение нового материала (лекция с элементами беседы)

Объяснительно – иллюстративный метод. Фронтально.

Разрядка конденсатора через лампу.

Вывод: конденсатор накапливает энергию, на мгновение становится источником тока для лампы.

Коллективно воспринимают информацию, записываю в тетради.

Демонстрация опыта.

Изменим опыт: вместо лампы подключим катушку, которую соединим с гальванометром. Мы наблюдаем колебания стрелки гальванометра, т.е. изменение силы тока на катушке или электрические колебания (затухающие)

(Настойка осциллографического датчика:

Осциллограмма напряжения на конденсаторе показывает периодические изменения напряжения или электрические колебания (затухающие)

Цепь состоящая из конденсатора и катушки индуктивности является источником электромагнитных колебаний и называется колебательный контур

стр. 3 флипчарта

Демонстрация колебательного контура

Изучение нового материала (практическая работа)

Запишите формулы для кинетической энергии и потенциальной энергии пружины.

У вас на столе табличка 1 а, в которую нужно записать, как изменяется(↑↓)кинетическая и потенциальная энергия при колебаниях в определённые промежутки времени.

(Выводит таблицу на экран).

А что можно сказать про полную энергию при колебаниях.

Парная работа. Продуктивно. Выполняют исследовательскую практическую работу, используя оборудование нетбуки с загруженными ПО

Записывают формулы на доске.

Заполняют таблицу на карточке.

Полная энергия сохраняется.

Система, в которой возникают колебания, называется колебательный контур. Он состоит из последовательно соединенных катушки и конденсатора. А теперь давайте разберёмся, какая энергия, в какую преобразуется при колебаниях в контуре. Вспомните формулу электрической энергии конденсатора и магнитной энергии катушки вам нужно заполнить таблицу1 б, в которую нужно записать, как изменяется (↑↓) магнитная и электрическая энергия при колебаниях в определённые промежутки времени.

Для этого вы должны ответить на вопросы, используя текст учебника.

( Парами работают над таблицей1б).

А теперь проверим, что у вас получилось. Выводит таблицу на экран.

Все правильно заполнили? У кого возникли трудности?

Домашнее задание, подведение итогов.

Приложение к плану урока

Таблица 1 (а) Механические колебания

Горизонтальный пружинный маятник (в момент t = 0 максимально отклоняем из положения равновесия).

Кинетическая энергия. Ек

(max)

5) графики зависимости электрического заряда, силы тока и напряжения от времени при свободных электромагнитных колебаниях.

6) определение по графику характеристик колебаний;

7) аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.

8) формула Томсона.

Глоссарий по теме

Электромагнитными колебаниями называют периодические изменения со временем заряда, силы тока и напряжения.

Электромагнитные колебания бывают двух видов - свободные и вынужденные.

Свободными колебаниями называют колебания, возникающие в колебательной системе за счет первоначально сообщенной этой системе энергии.

Вынужденные электромагнитные колебания - это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения в цепи под действием переменной электродвижущей силы от внешнего источника.

Система, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности, присоединенной к его обкладкам, называется колебательным контуром.

Период электромагнитных колебаний – промежуток времени, в течение которого ток в колебательном контуре и напряжение на пластинах конденсатора совершает одно полное колебание.

Частота колебаний – число колебаний в единицу времени.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я.,Буховцев Б.Б.,Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. М.: Просвещение, 2014. – С. 74 - 82.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. -М.: Дрофа, 2009. – С. 126 – 128.

Основное содержание урока

Колебательным контуром называется система, состоящая из конденсатора и катушки, присоединенной к его обкладкам, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания

Электромагнитные колебания в контуре происходят с большой частотой и определять его характеристики без осциллографа невозможно.

Развертка получаемая на экране осциллографа схожа с той, что вычерчивает маятник с песочницей над движущимся листом бумаги при колебаниях математического маятника.

Чтобы в колебательном контуре возникли колебания, необходимо сообщить колебательному контуру энергию, зарядив конденсатор от источника тока.

Энергия, полученная конденсатором заключена в электрическом поле обкладок

При разрядке конденсатора энергия электрического поля превращается в энергию магнитного поля, определяемая по формуле

где – индуктивность катушки, – сила переменного тока.

Полная энергия колебательного контура равна

Когда конденсатор разрядится полностью, вся энергия электрического поля превращается в энергию магнитного поля. Когда сила тока и созданное им магнитное поле начинает уменьшаться, возникает ЭДС самоиндукции, стремящийся поддержать ток, и начинается перезарядка конденсатора. При свободных колебаниях через промежутки времени, равные периоду колебаний, состояние системы в точности повторяется. Полная энергия такой системы любой момент времени равно максимальной энергии электрического поля или максимальной энергии магнитного поля.

q, u и i - мгновенные значения заряда, напряжения и силы тока. При отсутствии сопротивления в контуре полная энергия электромагнитного поля не изменяется. Колебания затухающие, сопротивление катушки и проводников превращают энергию электромагнитного поля во внутреннюю энергию проводника.

Электромагнитные колебания в контуре имеют сходство со свободными механическими колебаниями. Характер периодического изменения различных величин одинаков. При механических колебаниях периодически изменяются координата тела x и проекция его скорости , а при электромагнитных колебаниях изменяются заряд q конденсатора и сила тока i в цепи.

Индуктивность катушки L аналогична массе тела m, при колебаниях груза на пружине, кинетическая энергия тела , аналогична энергии магнитного поля тока .

Роль потенциальной энергии выполняет энергия заряда конденсатора:

Координата тела аналогична заряду конденсатора.

Полная энергия колебательного контура, в любой момент времени, равна сумме энергий магнитного и электрического полей:

Производная полной энергии по времени равна нулю при R = 0. Следовательно, равна нулю сумма производных по времени от энергий магнитного и электрического полей:

Электрический заряд и сила тока, при свободных колебаниях с течением времени изменяются по закону синуса или косинуса, то есть совершают гармонические колебания.

Циклическая частота для свободных электрических колебаний:

Период свободных колебаний в контуре равен:

Период свободных электрических колебаний в колебательном контуре зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора.

Частотой колебаний называется величина, обратная периоду колебаний:

Частоту свободных колебаний называют собственной частотой колебательной системы.

Заряд конденсатора изменяется по гармоническому закону:

где – амплитуда колебаний заряда. Сила тока также совершает гармонические колебания:

где – амплитуда колебаний силы тока. Колебания силы тока опережают по фазе колебания заряда на .

Разбор типовых тренировочных заданий

Задача 1. Идеальный колебательный контур состоит из конденсатора ёмкостью 2 мкФ и катушки индуктивности. В контуре происходят свободные электромагнитные колебания. В таблице приведена зависимость энергии W, запасённой в конденсаторе идеального колебательного контура, от времени t.

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

Конспект урока

Физика, 11 класс

Урок 7. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) электромагнитные колебания, колебательный контур;

2) универсальность основных закономерностей колебательных процессов для колебаний любой физической природы;

3) гармонические колебания;

4) физический смысл характеристик колебаний.

6) определение по графику характеристик колебаний;

7) аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.

8) формула Томсона.

Глоссарий по теме

Электромагнитными колебаниями называют периодические изменения со временем заряда, силы тока и напряжения.

Электромагнитные колебания бывают двух видов - свободные и вынужденные.

Частота колебаний – число колебаний в единицу времени.

Основная и дополнительная литература по теме урока :

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. -М.: Дрофа, 2009. – С. 126 – 128.

Основное содержание урока

Энергия, полученная конденсатором заключена в электрическом поле обкладок

где - заряд конденсатора, C – его электроемкость.

Между обкладками конденсатора возникает разность потенциалов .

где – индуктивность катушки, – сила переменного тока.

Полная энергия колебательного контура равна

q , u и i - мгновенные значения заряда, напряжения и силы тока. При отсутствии сопротивления в контуре полная энергия электромагнитного поля не изменяется. Колебания затухающие, сопротивление катушки и проводников превращают энергию электромагнитного поля во внутреннюю энергию проводника.

Роль потенциальной энергии выполняет энергия заряда конденсатора:

Координата тела аналогична заряду конденсатора.

Циклическая частота для свободных электрических колебаний:

Период свободных колебаний в контуре равен:

Частотой колебаний называется величина, обратная периоду колебаний:

Частоту свободных колебаний называют собственной частотой колебательной системы.

Заряд конденсатора изменяется по гармоническому закону:

где – амплитуда колебаний заряда. Сила тока также совершает гармонические колебания:

где – амплитуда колебаний силы тока. Колебания силы тока опережают по фазе колебания заряда на .

Разбор типовых тренировочных заданий

Задача 1 . Идеальный колебательный контур состоит из конденсатора ёмкостью 2 мкФ и катушки индуктивности. В контуре происходят свободные электромагнитные колебания. В таблице приведена зависимость энергии W, запасённой в конденсаторе идеального колебательного контура, от времени t.

Электромагнитные колебания

Конспект для 10-11 классов. Элементы содержания ЕГЭ по физике:
3.5.1. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре.
Формула Томсона. Связь амплитуды заряда конденсатора с амплитудой силы тока в колебательном контуре.
3.5.2. Закон сохранения энергии в колебательном контуре.
3.5.3. Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс

Электромагнитные колебания — это повторяющийся процесс взаимного превращения электрических и магнитных полей. Электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре.

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

Если сопротивлением проводов контура можно пренебречь, то такой контур называется идеальным. При зарядке конденсатора в идеальном колебательном контуре возникают свободные, незатухающие электромагнитные колебания заряда и напряжения на обкладках конденсатора, а также силы тока и ЭДС в катушке индуктивности. Электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре являются высокочастотными и гармоническими.

Электромагнитные колебания бывают двух видов — свободные и вынужденные.

Вынужденные колебания — это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения в цепи под действием переменной электродвижущей силы от внешнего источника.

На рисунке ниже изображены графики колебаний заряда, напряжения и силы тока в идеальном колебательном контуре. Внизу статьи приведены уравнения электромагнитных колебаний и волн.

Период, циклическая частота и частота свободных электромагнитных колебаний в колебательном контуре (формула Томсона):

Т = 2π√LC; ω = 1/√LC; v = 1/(2π√LC)

Здесь Т — период колебаний (с), L — индуктивность катушки (Гн), C — емкость конденсатора (Ф), ω — циклическая частота колебаний (рад/с), v — частота колебаний (Гц).

Свободные электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре подчиняются закону сохранения энергии: полная энергия электромагнитных колебаний Е_ЭЛ–М равна максимальной энергии электрического поля конденсатора Е_{эл max}, или равна максимальной энергии магнитного поля катушки индуктивости Е_{м max}, или равна сумме мгновенных электрической Е_эл и магнитной Е_м энергий поля конденсатора и катушки в любой промежуточный момент:

Это закон можно записать, развернув значения энергии электрического и магнитного полей через их параметры:

В этом уравнении максимальную энергию электрического поля в зависимости от известных величин можно выразить как Е_{эл max} = q 2 _max/2C или Е_{эл max} = q_maxU_max/2, а его мгновенную энергию — соответственно как Е_эл = q 2 /2C или Е_эл = qu/2. Здесь q, u и i — мгновенные значения заряда, напряжения и силы тока.

Всякий реальный колебательный контур имеет сопротивление проводов R. Если ему один раз сообщить энергию, например, зарядив конденсатор С, то колебания в нем будут затухающими из-за потерь энергии на джоулево тепло. График затухающих колебаний силы тока изображен на рисунке.

Электромагнитные колебания являются затухающими, потому что происходят потери энергии. Часть энергии расходуется на преодоление сопротивления контура и превращается во внутреннюю энергию. Поэтому суммарная энергия электрического и магнитного полей с течением времени уменьшается и колебания затухают. Чтобы колебания были незатухающими, колебательный контур надо пополнять энергией, например, включив в него источник переменного напряжения.

Если частота пополнения контура энергией будет равна собственной частоте колебаний контура, то в контуре возникнет электрический резонанс — явление резкого возрастания максимальной силы тока в контуре (амплитуды силы тока), когда частота пополнения контура энергией становится равной собственной частоте колебаний в контуре.

Уравнения электромагнитных колебаний заряда,
силы тока, напряжения и ЭДС:

Читайте также:

Электромагнитные колебания колебательный контур 11 класс конспект

Электромагнитные колебания

Уравнения электромагнитных колебаний заряда, силы тока, напряжения и ЭДС:

Уравнения электромагнитных колебаний заряда,
силы тока, напряжения и ЭДС: