Конспект уроку з фізики для 11 класу на тему "Урок 38 Вільні електромагнітні коливання в ідеальному коливальному контурі. Формула Томсона"

11клас

Урок 38

Вільні електромагнітні коливання в ідеальному коливальному контурі.

Формула Томсона

Мета уроку:

навчальна: 

• ввести поняття ідеального коливального контуру;
• ознайомити з рівняннями та графіками електромагнітних коливань, перетвореннями енергії в коливальному контурі;
• формувати знання про електромагнітні коливання у коливальному контурі, перетворення енергії в коливальному контурі;
• показати, що зміна напруги та сили струму у коливальному контурі відбувається за законом гармонічних коливань;
• вивести формулу Томсона і власної частоти коливання контуру;
• навчити учнів визначати період і частоту власних коливань у коливальному контурі.

розвивальна: 

• розвивати логічне і абстрактне мислення, предметну компетентність, навички оперування фізичними величинами, формулами;
• розвивати пізнавальні навички учнів;
• вміння аналізувати навчальний матеріал, умову задачі, хід розв’язання задач;
• вміння стисло і грамотно висловлювати свої міркування та обґрунтовувати їхню правильність.

виховна: 

• виховувати уважність, зібраність, спостережливість;
• виховувати культуру наукового мислення, толерантно ставитись до опонента при доведенні власної точки зору.

Тип уроку: комбінований.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Демонстрації: 

• вільні електричні коливання;
• залежність частоти вільних електромагнітних коливань від електроємності й індуктивності контуру.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Перевірка виконання домашнього завдання.

• Формули ємності конденсатора, енергії магнітного та електричного полів, індуктивності котушки, ЕРС самоіндукції.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

Коливальний контур.

Як ви вже знаєте, електричний струм може бути постійним або змінним. Найбільшого поширення у світі дістав змінний струм частотою 50—60 Гц, створюваний індукційними генераторами. Однак для роботи багатьох пристроїв (комп’ютери, приймачі, телефони й ін.) необхідні змінні струми високих частот, вимірюваних кілогерцами (кГц) і мегагерцами (МГц). Для їх генерування застосовують спеціальні електричні кола — коливальні контури.

Ми не можемо безпосередньо сприймати нашими органами чуття електромагнітні коливання так, як бачимо коливання маятника або чуємо коливання струни.

Змінні електричні і магнітні поля не можуть існувати окремо одне від одного, оскільки в просторі, де існує змінне магнітне поле, збуджується електричне поле і навпаки.

Одночасні періодичні зміни пов’язаних між собою електричного і магнітного полів називають електромагнітними коливаннями.

Оскільки магнітне поле зосереджене переважно в котушках, а електричне — в конденсаторах, найпростіше коло для утворення електромагнітних коливань має складатися з конденсатора й котушки.

Коливальний контур – це фізичний пристрій, що складається з послідовно з’єднаних конденсатора й котушки індуктивності (рис.1).

Рис.1. Модель (а) та електрична схема (б) коливального контуру: 1 – котушка індуктивності; 2 – конденсатор

Такий коливальний контур називають закритим, оскільки він майже не випромінює енергії в довкілля.

Коливання, які виникають у коливальному контурі після початкового

виведення системи з положення стійкої рівноваги, здійснюються завдяки

внутрішнім силам системи, тобто є вільними.

Фізична модель, що являє собою коливальний контур, у якому відсутні втрати енергії, називається ідеальним коливальним контуром, а коливання в ідеальному коливальному контурі – власними коливаннями.

Перетворення енергії в коливальному контурі.

Щоб отримати вільні коливання в механічній коливальній системі, необхідно надати цій системі енергії від побічного джерела. У процесі коливань ця енергія періодично перетворюється з потенціальної в кінетичну і навпаки. Щоб коливальний контур вивести зі стану електричної рівноваги, також потрібно цій коливальній системі надати певної енергії. Найпростіше це зробити, зарядивши конденсатор.

Щоб здобути в контурі електромагнітні коливання, достатньо зарядити конденсатор і замкнути його на котушку. При цьому конденсатор дістане енергію: