Презентація. Конспект уроку "Коливальний контур. Виникнення електромагнітних коливань в контурі. Перетворення енергії в контурі".

Тема. Коливальний контур. Виникнення електромагнітних коливань в контурі. Перетворення енергії в контурі.

Домашнє завдання Вивчити :§ 26,27 (В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова), Впр. 23 (3) § 25, 26 (В. Д. Сиротюк), Впр. 251 (ст.144)§ 48 (Є. В. Коршак), Впр.25 (2)

Фізика - одна з найпрекрасніших наук. Вона показує нам, який великий і водночас близький до людини світ, в якому ми живемо. Фізика дає змогу людині відчути свою велич, надзвичайну силу свого розуму, робить її наймогутнішою істотою у світі. Фізика – найдивовижніша річ: вона цікава, навіть якщо в ній нічого не розумієш

Епіграф Досліджуй все, нехай для тебе на першому місці буде розум, дозволь йому керувати собою. Піфагор

Мета. Провести аналіз контрольної роботи «Електромагнітне поле», пригадати поняття механічних коливань, їх види, ознайомити учнів з вільними електромагнітними коливаннями в ідеальному коливальному контурі, дослідити від чого залежить період вільних коливань у коливальному контурі, акцентувати увагу учнів на виконанні закону збереження енергії; розвивати логічне мислення учнів.

Результати контрольної роботи

Повторення вивченого матеріалу. 1. Що називають механічними коливаннями? 2. Види коливань. 3. Які коливання називають вимушеними? 4. Які коливання називають вільними? 5. Умови виникнення вільних коливань? 6. Які коливання називають затухаючими?

7. Які коливання називають незатухаючими? 8. Що таке амплітуда коливань? 9. Що таке період коливань? 10. Частота коливань – це …11. Що таке циклічна частота? Повторення вивченого матеріалу.

Згадаємо механічні коливання. Наведіть приклади механічних коливань. Що потрібно зробити, щоб виникли коливання?Які перетворення енергії відбуваються під час механічних коливань?Чому вільні коливання затухають?Wп = к х 2 /2 Wк = mυ2 / 2 Wп = mgh Wк = mυ2 / 2

Сучасне суспільство уже не можливо собі уявити без швидкого обміну інформацією, хоча ще не так давно більшість із нас обходилася без мобільного телефона та мобільного інтернету. Ще понад століття тому - винайшли радіо, лише більше півстоліття минуло відтоді, як у наше життя ввійшло телебачення. Усі ці досягнення техніки грунтуються на передачі та прийманні радіосигналів. Сьогодні ви познайомитеся з пристроєм, який є обов’язковою складовою частиною більшості радіопередавачів і радіоприймачів

Найпростіше коло, в якому можуть відбуватися вільні електромагнітні коливання, складається з конденсатора і котушки, приєднаної до його обкладок, і називається коливальним контуром.

Проведемо аналогію між електромагнітними та механічними коливаннями. Конденсатор повністю заряджений, струм через котушку = 0 Конденсатор розрядився, струм через котушку максимальний. Конденсатор знову заряджений, але полярність змінена. Конденсатор розряджений, струм через котушку максимальний, але іншого напрямку

Поясніть наступне порівняння

Підведемо підсумкищодо перетворення енергії в контуріПовна енергія контуру W складається з енергії електричного поля конденсатору Wел = q2 / 2 С та енергія магнітного поля котушки Wм =Li 2 /2 При чому в ідеальному контурі буде зберігати своє значення при будь яких перетвореннях енергій конденсатора і котушки . Тобто в будь який момент часу повна електромагнітна енергія буде дорівнювати W = Wел. + Wм. = const

1. Момент початку спостереження t = 0 Весь заряд міститься на конденсаторі і має максимальне значення qmax Відповідно і енергія електричного поля теж максимальна Wел.max. В цей час струм через котушку не іде, тому Wм = 0. Тоді повна енергія контуру дорівнює: W = Wел.max= q2 max/ 2 С.2. Проміжок часу 0 < t < Т/4. Заряд на конденсаторі зменшився, але не до повної розрядки (вже не максимальний, але і не 0 і має поточне значення q) Відповідно енергія конденсатора теж не максимальна, але і не 0 : Wел = q2 / 2 С . Струм через котушку зріс, але не досяг максимального значення. Відповідно і магнітна енергія вже не 0 але і не максимальна і має поточне значення Wм= Li2 / 2. Повна енергія : W = q2 / 2 С + Li2 / 2

3. Момент часу t = Т/4 В цей час конденсатор повністю розрядився (q=0 і Wел = 0) а через котушку протікає максимальний струм Imax відповідно і енергія магнітного поля максимальна Wм.max = LI2max/2 Повна енергія контуру: W = LI2max/2.4. Проміжок часу Т/4 < t < Т/2 Струм через котушку починає зменшуватися, але завдяки самоіндукції не різко падає до 0 , а конденсатор починає заряджатися. Тобто і сила струму і заряд конденсатора мають поточні значення, а повна енергія контуру знову визначається за формулою: W = q2 / 2 С + Li2 / 2

5. Проміжок часу t = Т/2 Конденсатор повністю зарядився (але з іншою полярністю) і енергія його стала максимальною Wел.max= q2 max/ 2 С, а струм на котушці і її енергія = 0 W = Wел.max= q2 max/ 2 С6. Проміжок часу Т/2 < t < 3 Т/2 Знову починається розрядка конденсатору, енергія його зменшується, а струм через котушку збільшується, змінивши напрямок. Магнітна енергія котушки починає зростати. Повна енергія контуру знову визначають за формулою. W = q2 / 2 С + Li2 / 2

W = Wел. + Wм. = const. W = q2 max/ 2 С. W = q2 / 2 С + Li2 / 2 W = LI2max/2

Електромагнітні коливання Періодичні (або майже періодичні) зміни заряду, сили струму і напруги. Коливальний контур можна вважати замкнутою системою, тому коливання є вільними.

Ідеальний коливальний контур. Якби не було втрат енергії, амплітуда коливань у коливальному контурі залишалася б незмінною, і коливання були б незатухаючими. Фізична модель, що являє собою коливальний контур, у якому відсутні втрати енергії, називається ідеальним коливальним контуром, а коливання в ньому — власними коливаннями. Закон збереження енергії для ідеального коливального контуру має такий вигляд:

Період та власна частота коливань в контуріЗгадаємо, що період – це мінімальний проміжок часу, в продовж якого здійснюється одне повне коливання. І у випадку з коливаннями математичного маятнику та вантажу на пружині він визначався за формулами: а електромагнітнихвласна частота коливань Формула Томсона

А якщо контур не ідеальний…Не ідеальний – це коли його активним опором не можна знехтувати. Звичайно опір вносить свої корективи. Повна енергія контуру вже не буде зберігатися. Вона за кожний період буде зменшуватися через те, що частина цієї енергії перетворюється на теплову відповідно до закону Джоуля - Ленца . Поступово коливання затухнуть.

Як зробити так, щоб коливання не затухали?Треба поповнювати втрачену за період енергію від зовнішнього джерела. Поповнювати енергію в контурі можна, заряджаючи конденсатор. Для цього треба періодично підключати контур до джерела постійної напруги. Конденсатор повинен підключатися до джерела тільки в ті інтервали часу, коли приєднана до позитивного полюса джерела пластина заряджена позитивно, а приєднана до негативного полюса - негативно Тільки в цьому випадку джерело буде заряджати конденсатор, поповнюючи його енергію. Якщо ж ключ замкнути в момент, коли приєднана до позитивного полюса джерела пластина має негативний заряд, а приєднана до негативного полюса - позитивний, то конденсатор буде розряджатися через джерело. Енергія конденсатора при цьому буде зменшуватися. Отже, джерело постійної напруги, весь час підключене до конденсатора контуру, не може підтримувати в ньому незатухаючі коливання. Протягом половини періоду енергія надходить в контур, а протягом наступної половини періоду повертається в джерело. У контурі незатухаючі коливання встановляться лише за умови, що джерело буде підключатися до контуру в ті інтервали часу, коли можлива передача енергії конденсатору. Для цього необхідно забезпечити автоматичну роботу ключа.

Перший варіант рішення проблеми…сидіти і весь час перемикати ключ з положення 1 в положення 2 . Влаштовує нас такий вихід?

Другий варіант рішення проблеми……вигадати щось, що замість нас буде під’єднувати чи від'єднувати джерело від контуру. При високій частоті коливань ключ повинен володіти надійною швидкодією. В якості такого практично безінерційного ключа і використовується транзистор.

Закріплення вивченого матеріалу. Вправа 1.Ідеальний коливальний контур складається з конденсатора ємністю 0,4 мк. Ф і котушки індуктивністю 1 м. Гн. Конденсатор зарядили до напруги 100 В і замкнули на котушку. Визначте електричну енергію, передану конденсатору, і максимальну силу струму в котушці.

Вправа 2.Ідеальний коливальний контур складається з конденсатора 1 мк. Ф і котушки індуктивністю 10 м. Гн. Який максимальний заряд на обкладках конденсатора, якщо максимальна сила струму в котушці становить 100 м. А?

Вправа 3. Максимальне значення сили струму в коливальному контурі 1,2 м. А, а амплітудне значення заряду на обкладках конденсатора 30 н. Кл. Визначте індуктивність котушки, якщо ємність конденсатора 200 п. Ф.

Що ми дізналися на уроці?• Електричним коливальним контуром називається електричне коло, що складається з конденсатора C й котушки L.• Електромагнітними коливаннями називають періодичні (або майже періодичні) зміни заряду, сили струму й напруги.• Фізична модель, що являє собою коливальний контур, у якому відсутні втрати енергії, називається ідеальним коливальним контуром, а коливання в ньому — власними коливаннями.• Повна енергія коливань у контурі:

Відпочиваємо!Дякую за увагу!