Открытый урок по физике в 11 классе ( по учебнику Мякишев Г. А.)

Автор: Какулин Андрей Николаевич

ГБОУ СО СПО « ПЛ № 53» п. Советский Дергачевского района Саратовской области

учитель физики

Открытый урок физики в 11 классе

Тема: Свободные электромагнитные колебания. Колебательный контур.

Тип урока: диалоговая лекция с элементами поисковой деятельности.

Урок с использованием мультимедийного проектора

Учебник: Физика 11. Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев.

Цели урока:

Дидактическая – создать условия для усвоения нового материала, используя поисковый метод обучения и принцип цикличности познания;

Образовательная– показать универсальных характер теории колебаний;

Развивающая – развивать когнитивные процессы учащихся, основываясь на применении научного метода познания: аналогичности и моделировании;

Воспитательная – продолжить формирование представлений о взаимосвязи явлений природы и единой физической картине мира, учить находить и воспринимать прекрасное в природе, искусстве и учебной деятельности.

Оборудование:

для преподавателя-

-метроном, пружинный и математический маятник

-компьютер.

для обучающегося -

-лист с заготовкой опорного конспекта;

-сборники задач ;

-дифференцированные задания на карточках.

Домашнее задание: §27, 29, 30. Опорный конспект.

Ход урока.

Эпиграф:

“Науку все глубже постигнуть стремись.

Познанием вечного жаждой тянись.

Лишь первых познаний блеснёт тебе свет.

Узнаешь: предела для знания нет…”

Фирдоуси (персидский и таджикский поэт 940-1030 гг)

1.Организационный момент.

Здравствуйте . Я рад приветствовать вас на уроке физики.)

Мотивация и целеполагание.
Всюду в нашей жизни мы встречаемся с колебательными движениями: периодически движутся участки сердца и легких, колеблются ветви деревьев при порыве ветра, ноги и руки при ходьбе, колеблются струны гитар, колеблется спортсмен на батуте и школьник, пытающийся подтянуться на перекладине, пульсируют звезды (будто дышат), а возможно и вся Вселенная, колеблются атомы в узлах кристаллической решетки…
Ученый Л.И. Мандельштам говорил, что если посмотреть историю физики, то можно увидеть, что главные открытия были связаны по существу с колебаниями. И нам тоже сегодня предстоят открытия (Слайд 1 с эпиграфом)

(Слайд 2 с целью урока). Цель нашего урока – проанализировать причины и основные закономерности свободных колебаний.

Актуализация знаний.

Для достижения цели урока нам необходимо вспомнить материал изученный ранее..
Фронтальный опрос Слайд 3
- Что такое механические колебания?
- Какие колебания называют свободными?
- Какие условия необходимы для возникновения свободных колебаний?

Свободные колебания могут быть не только механическими, но и электромагнитными.

-Электромагнитные колебания были открыты случайно.

Слайд 4

Сообщение :

После того как изобрели лейденскую банку (первый конденсатор) и научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической машины, начали изучать разряд банки. Немецкий физик Гельмольц обратил внимание на колебательный характер разряда лейденской банки. В 1869 он показал, что аналогичные колебания возникают в индукционной катушке, соединенной с конденсатором (т.е., по существу, создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и емкости). Замыкая обкладки лейденской банки с помощью проволочной катушки, было обнаружено, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются. В этом ничего странного не было: электрический ток и должен намагничивать стальной сердечник катушки. Удивительным было то, что нельзя было предсказать, какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой – южным. Повторяя опыт примерно в одинаковых условиях, получался в одних случаях один результат, в других – другой. Таким образом было установлено, что при разрядке конденсатора через катушку возникают колебания.

Преподаватель:

Получить электрические магнитные колебания также легко, как и заставить колебаться математический или пружинный маятники, но наблюдать эти колебания без специальных устройств невозможно.

В. Какие же величины могут периодически изменятся в электрических цепях?

Опр. 1. Периодические или почти периодические изменения ,и напряжения называются электромагнитными колебаниями.

В классической механике - это низкочастотные колебания.

В квантовой механике - это высокочастотные колебания.

Из вывода Максвелла следует, что в природе существует единое электромагнитное поле.

Рис. 2

Опр. 2. Одновременное периодическое изменение связанных между собой электрического и магнитного полей называется электромагнитными колебаниями.

Как механические и электромагнитные колебания могут быть:

- свободными (затухающими)
- вынужденными (незатухающими)

а) Свободные электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре после однократного подведения энергии.

Рис. 3

Как всегда в любом разделе физики, мы стараемся изучить протекающие процессы на модели.

Рассмотрим электромагнитные колебания с точки зрения преобразования энергии в колебательном контуре.

Объяснение явления: На обкладках конденсатора сосредоточен электрический заряд, после того как колебательному контуру предоставляется самостоятельность, конденсатор разряжается через катушку индуктивнос-ти, в которой возникает электрический ток. В конденсаторе сосредоточено электрическое поле с энергией W , которая по мере разрядки конденсатора, а в катушке возрастанию тока способствует магнитной энергии W .

Если контур реальный, то потери энергии электромагнитного поля неизбежны, т.к. частично энергия электромагнитного поля переходит во внутреннюю энергию проводников, диэлектрика, а также выделяется в виде джоулевого тепла на активной нагрузке (омическом сопротивлении R). В результате, в реальном контуре возникают свободные электромагнитные колебания, которые являются затухающими.

Вывод: (делают ученики) Свободные колебания, возникающие при разрядке конденсатора через катушку — затухающие электромагнитные колебания.

Демонстрация:

Затухающие электромагнитные колебания на экране осциллографа, где Up – напряжение развертки.

Рис. 4

2. В идеальном колебательном контуре (R=0) возникают свободные электромагнитные колебания , которые являются гармоническими.

В Дайте определение гармоническим колебаниям.

Отв (ученик). Гармонические колебания - это такие колебания, при которых физическая величина изменяется по закону Sin или Cos.

Воспользуемся аналогией между механическими и электромагнитными колебаниями и найдем зависимость от времени для электрических характеристик идеального колебательного контура.

Дополнительная справка (ученик)

Аналогия - один из методов научного познания, который широко применяется при изучении физики. В основе аналогии лежит сравнение. Если обнаруживается, что два или более объектов имеют сходные признаки, то делается вывод и о сходстве других признаков. Вывод по аналогии может быть как истинным, так и ложным, поэтому он требует экспериментальной проверки. (Г. Галилей – основоположник научного метода познания).

Для облегчения изучения электромагнитных колебаний удобно использовать электромеханические аналогии, поскольку теория колебаний имеет универсальный характер, т.е. колебательные и волновые процессы различной природы подчиняются общим закономерностям.

Сравнительная таблица.

Подведем итог: (обобщают ученики)

Колебательные процессы различной природы описываются одинаковыми по виду уравнениями и имеют тождественные графические интерпретации.

Академик Мандельштам отмечал: “Теория колебаний объединяет, обобщает различные области физики... Каждая из областей физики — оптика, механика, акустика — говорит на своем “национальном” языке. Но есть “интернациональный” язык, и это - язык теории колебаний... Изучая одну область, вы получаете тем самым интуицию и знания совсем в другой области”.

Анализ формулы Томсона.

, где -сосредоточенные параметры колебательного контура идеального.

если, то медленнодо 0, т.е. период колебаний возрастает.

Если, то медленнодот.к. мешает эдс самоиндукции, хотя , но период колебаний укорачивается.

Чем больше С, тем больше времени необходимо для перезарядки конденсатора.

В реальном колебательном контуре происходят затухающие колебания, которые описываются экспоненциальным законом: .

Рис. 5

t - время релаксации, t - время, за которое амплитуда колебанийв е раз.

- декремент - количественная характеристика быстроты затухания.

(Понятие декремента, времени релаксации и график затухающих колебаний - объясняют ученики)

Вывод: Свободные колебания тока, заряда, напряжения из-за энергических потерь не будут строго гармоническими.

В реальном колебательном контуре при малом R, колебания будут происходить с длительным периодом, а при большом R могут вообще не возникнуть, т.е. конденсатор разрядится через катушку, а перезарядки не последует.

3. Закрепление материала.

Решение задачи у доски

Рефлексия.

- Что заинтересовало вас на уроке больше всего?
- Как вы усвоили пройденный материал?
- Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть?
-Помог ли сегодняшний урок лучше разобраться в вопросах темы?
- Пригодятся ли вам знания, полученные сегодня на уроке?

Домашнее задание.

Физик видит то, что видят все: предметы и явления. Он, так же как все восхищается красотой и величием мира, но за этой, всем доступной красотой, ему открывается еще одна: красота закономерностей в бесконечном разнообразии вещей и событий. Физику доступна редкая радость – понимать Природу и даже беседовать с ней.
§§ 18-20, с 53-58

Стихотворение Н. Заболоцкого:

Рожденный пустыней колеблется звук,
Колеблется синий на нитке паук,
Колеблется воздух, прозрачен и чист,
В сияющих звездах колеблется лист.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/23780-otkrytyj-urok-po-fizike-v-11-klassepo-uchebn