Конспект уроку з теми: "Затухаючі електромагнітні коливання"

Про матеріал

Конспект уроку з теми: "Затухаючі електромагнітні коливання" Конспект уроку з теми: "Затухаючі електромагнітні коливання" Конспект уроку з теми: "Затухаючі електромагнітні коливання"

Перегляд файлу

Розробка учителя фізики ОЗСНВК «Академічна гімназія» м. Скадовськ Кур’янінова О. О.

Тема: Затухаючи електромагнітні коливання. Автоколивання.

Мета:

розкрити фізичний зміст та причини затухаючих електромагнітних коливань, встановити причини їх затухання у реальному коливальному контурі; пояснити шляхи розв’язання цієї проблеми, пояснити фізичний зміст явища автоколивань;
розвивати логічне мислення, навички застосовувати здобуті знання на практиці при розв’язування задач та вирішенні технічних проблем;
виховувати вміння лаконічно висловлювати власні думки, толерантно поводити себе при виникненні проблемних питань; політехнічне сприйняття картини світу.

Методично-дидактичне забезпечення: Бар’яхтар В. Г. Фізика. 11 клас. Академічний рівень. Профільний рівень: Підручник для загальноосвіт. навч. закладів / В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова.— Х.: Видавництво «Ранок», 2011.— 320 с.: іл., цифровий вимірювальний комплекс Еinstein™ ., демонстраційні таблиці, презентація до уроку Power Point

Сценарій уроку:

І. Етап орієнтації учнів.

Організаційний момент (слайд 1)

Рефлексія готовності до уроку:

  

ІІ. Етап цілепокладання

(слайд 1)Протягом останнього часу ми працюємо над темою електромагнітних коливань, які повніше розкриють практичне значення у повсякденному житті електромагнітних коливань і електромагнітних хвиль. Розгляд нового матеріалу дасть нам можливість детально пояснити практичне використання електромагнітних коливань у побуті та на виробництві.

ІІІ. Етап проектування .

Перед початком нашої співпраці я пропоную познайомитися з тими завданнями, які на Вас чекають протягом уроку (слайд 2)

Перевірка домашнього завдання (контрольно-змістова фаза)
- 1.1. Розв’язування задач для дошки;
- 1.2. Фронтальне опитування;
Пояснення нового матеріалу (змістово-пошукова фаза)
- 2.1. Порівняння ідеального і реального контуру;
- 2.2. Пристрої незатухаючих електромагнітних коливань;
- 2.3. Автоколивання;
Закріплення (адаптивно-перетворююча фаза)
- 3.1. Розв’язування якісних задач;
- 3.2. Розв’язуванні кількісних задач.
Домашнє завдання

ІV Організація виконання плану діяльності

Перевірка домашнього завдання

Розв’язування задач для дошки

До дошки викликаються два учні, які одночасно розв’язують задачі, що запропоновані їм на картках (кожна картка має по одній задачі високого, достатнього та середнього рівнів).

Картка 1

Середній рівень

Знайти період вільних електромагнітних коливань у коливальному контурі, якщо його електроємність 0,5 мкФ, а індуктивність 0,2 Гн.

Достатній рівень

Заряд на пластинах конденсатора змінюється з часом за законом . Записати рівняння залежності сили струму від часу.

Високий рівень

Ємність коливального контуру після тривалої експлуатації зменшилась на 10 %. Щоб відновити настройку контуру на початкову частоту, індуктивність котушки довелося збільшити на 20 мГн. Якою була початкова індуктивність котушки?

Картка 2

Середній рівень

Конденсатор ємністю 500 пФ і котушка індуктивністю 5 мГн утворюють коливальний контур. Яка частота коливань у цьому контурі?

Достатній рівень

Котушку якої індуктивності треба приєднати в коливальний контур, щоб при ємності конденсатора 500 пФ одержати частоту 2 МГц ?

Високий рівень

Коливальний контур складається з котушки індуктивністю 500 мкГн і повітряного конденсатора змінної ємності. Відстань між пластинами дорівнює 0,15 мм, площа перекриття пластин можна змінювати від 5 см² до 20 см². На яку частоту можна настроїти даний контур?

Мозковий штурм (слайд 3)

Що таке електромагнітні коливання?
Пояснити перетворення енергії коливальному контурі.
Записати рівняння діючого значення заряду.
Записати формулу Томсона.
Записати рівняння діючого значення сили струму.
Записати рівняння діючого значення напруги.
Провести аналогію між фізичними величинами, які описують механічні та електромагніт коливання.
Чому дорівнює повна енергія у коливальному контурі під час електромагнітних коливань?
Як вплине на період коливань у контурі та максимальне значення струму в ньому збільшення початкового заряду в N разів?
Чи існує обмеження на найбільше значення початкової енергії у коливальному контурі?
Чи можна дістати незатухаючі коливання у контурі, якщо використати в ньому надпровідниковий дріт?

Пояснення нового матеріалу

Розглянуті раніше вільні коливання є повною ідеалізацією. Реальний контур завжди чинить певний опір електричному струмові. Тому частина наданої контуру енергії перетворюється у внутрішню енергію провідників. Крім того частина енергії випромінюється у навколишній простір. Це означає, що вільні електромагнітні коливання в контурі завжди є затухаючими. Чим більший опір контуру, тим швидше відбуваються затухання. Якщо опір контуру дуже великий, коливання можуть і не виникнути – конденсатор розрядиться, а перезаряджання його не відбудеться.

З метою технічного використання електромагнітних коливань необхідно, щоб ці коливання існували тривалий час, тобто потрібно зробити їх незатухаючими. Для цього енергію, яку втрачає контур, слід увесь час поповнювати від зовнішнього джерела.

Щоб дістати незатухаючі електромагнітні коливання, достатньо у коливальний контур увімкнути джерело змінної ЕРС. Вона викликатиме в контурі вимушені коливання заряду (сили струму і напруги) з частотою, що дорівнює частоті змінної ЕРС джерела. Під час вимушених коливань енергія підводиться до контуру безперервно, внаслідок чого ці коливання не затухають. Таке джерело змінної ЕРС, яке підтримує незатухаючі електромагнітні коливання у реальному контурі, називають генератором електромагнітних коливань. (слайд 4)

Особливо важливі і широко вживані так звані електромагнітні автоколивання – незатухаючі коливання, які підтримують у коливальній системі не за рахунок періодичного зовнішнього впливу, а в результаті здатності коливальної системі самі регулювати надходження енергії від постійного зовнішнього джерела. (слайд 5). Такі системи називаються автоколивальними. Добре відомим прикладом механічної автоколивальної системи є звичайний годинник з маятником.

В автоколивальних системах незатухаючі електричні коливання виникають під дією процесів, які відбуваються в середині системи, і для їх підтримання не потрібно жодних зовнішніх впливів. До складу автоколивальних систем входить джерело енергії, достатньо енергомістке, щоб втратити енергію за кілька коливань були значно меншими за повний запас енергії джерела. У випадку електричних автоколивань таким джерелом може бути акумуляторна батарея чи інше джерело ЕРС. Це джерело періодично вмикається самою системою і в неї вводиться певна енергія, щоб компенсувати втрати на нагрівання провідників. У результаті коливання стають незатухаючими.

Оскільки коливання в автоколивальних системах встановлюються під впливом процесів, які відбуваються в середині системи, вони виникають самостійно (самозбудження), під дією малих випадкових впливів, які виводять систему з рівноваги. Виникаючі самостійні коливання наростають, і врешті-решт у системі встановлюються коливання, властивості яких (частота, амплітуда, фаза, тощо) визначаються властивостями самої системи і не залежать від початкових умов. Цим автоколивання принципово відрізняються від вимушених електромагнітних коливань, частота яких збігається з частотою зовнішньої ЕРС, а амплітуда коливань залежить від амплітуди цієї ЕРС.

Давайте повторимо теоретичний матеріал, який сьогодні розглянули

( робота з підручником) :

Що таке ідеальний коливальний контур?
Чим відрізняється ідеальний контур від реального?
Який пристрій слугує джерелом незатухаючих коливань?
Що таке генератор незатухаючих коливань?
Де використовуються такі пристрої?
Провести аналогію незатухаючих електромагнітних і механічних коливань.

Закріплення знань, умінь:

Якісні задачі (слайд 6)

Через половину періоду знаки зарядів на пластинах змінюються на протилежні. Чи означає це, що ті самі електрони, які були спочатку на одній пластині, через половину періоду коливань виявилися на другій пластині?
Носії заряду в елементах контуру лише коливаються. Що ж здійснює великі переміщення у ньому в процесі електромагнітних коливань?
Користуючись методом напилення, алюмінієві дроти в коливальному контурі вкрили шаром срібла. Чи вплине це на вільні коливання в контурі?

V. Контрольно-оцінювальний етап

Кількісні задачі (слайд 7)

Коливальний контур складається з котушки індуктивністю 60 мкГн та плоского конденсатора з площею кожної пластини 50 см² і відстанню між ними 0,1 мм. Яка діелектрична проникненість діелектрика, що заповнює конденсатор, якщо контур налаштований на частоту 400 кГц?

Частота коливань у коливальному контурі дорівнює 1 кГц, максимальне значення сили струму 3 А. Яка максимальна енергія електричного поля конденсатора, якщо ємність конденсатора 10мкФ? (слайд 8)

Дано: Розв’язання