Методическая разработка урока «Электромагнитные колебания»

Методическая разработка

Урока по предмету «Физика»

Раздел: электродинамика

Тема: электромагнитные колебания

Тема урока: электромагнитные колебания

Цели урока:

Обучающая - сформировать у учащихся понятие свободных и вынужденных электромагнитных колебаний, колебательного контура. Выучить основные величины и законы их связывающие.

Развивающая – побудить интерес учащихся к активной работе на уроках, развить память и логическое мышление. Развить умение применять изученные формулы при решении задач. Способствовать развитию сопоставления, сравнения.

Воспитывающая – способствовать воспитанию сознания необходимости ответственного отношения к обучению и самостоятельному выполнению заданий.

План:

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания

Колебательный контур

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания

Получить эл.магнитные колебания почти также просто, как заставить тело колебаться, подвесив его на пружине. Но наблюдать эти колебания не просто.

Эл.магнитные колебания были открыты в Лейденской банке при изучении эл.заряда. Было обнаружено, что стальные спицы внутри банки намагничиваются, это не удивительно, но вот полюс сердечника установить долго не удавалось. Далеко не сразу поняли, что за время разрядки конденсатора через катушку возникают колебания, и конденсатор успевает много раз перезарядиться.

Электромагнитные колебания- это периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения.

Для наблюдения эл.колебаний используют осциллограф.

Свободные колебания- колебания в системе, которые возникают после выведения ее из положения равновесия

Вынужденные колебания- колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.

Колебательный контур

Простейшая система в которой могут происходить свободные эл.магнитные колебания называется колебательным контуром, который состоит из конденсатора и катушки.

Рассмотрим колебания в контуре:

Допустим, что мы имеем колебательный контур, в котором отсутствует сопротивление проводников, а, следовательно, не происходит необратимых преобразований энергии. Реально таких идеальных контуров в природе и технике не существует. Это - идеализация, помогающая изучить явления, происходящие в контуре.

Подключив конденсатор к источнику постоянного напряжения, сообщим колебательному контуру электрическую энергию:

Этой энергией обладает электрическое поле конденсатора.

После присоединения конденсатора к катушке индуктивности в ней возникнет электрический ток и появится связанное с этим током магнитное поле. При возникновении магнитного поля в катушке возникнет индукционное электрическое поле, которое по правилу Ленца противодействует нарастанию силы тока. Из-за этого сила тока в контуре нарастает не скачком, а постепенно. Прохождение тока по катушке связано с постепенной разрядкой конденсатора.

Наконец, наступит такой момент, когда конденсатор окажется полностью разряженным, а сила тока достигнет максимального значения. К этому моменту энергия электрического поля конденсатора полностью превратится в энергию магнитного поля катушки:

В следующее мгновение сила тока и индукция связанного с ним магнитного поля начинают убывать. Это снова приводит к появлению индукционного электрического поля, которое в этом случае будет противодействовать убыванию силы тока в катушке. В контуре начинается перезарядка конденсатора, электрическое поле которого противодействует росту силы тока. Когда сила тока станет равной нулю, перезарядка конденсатора закончится. К этому моменту энергия магнитного поля целиком преобразуется в энергию электрического поля.

Далее процесс повторится с той только разницей, что изменятся направления тока, линий напряженности электрического поля в конденсаторе и линий индукции магнитного поля катушки.

Итак, при разряде конденсатора через катушку индуктивности в образовавшейся цепи возникают электрические колебания. В процессе этих колебаний происходит периодическое превращение энергии электрического поля в энергию магнитного поля и энергии магнитного поля в энергию электрического поля:

Полная энергия электрических колебаний в любой момент времени равна сумме энергий электрического и магнитного полей:

По закону сохранения энергии полная энергия идеального контура постоянна:

где i мгновенное значение силы тока в контуре, а u-мгновенное значение напряжения на конденсаторе.

Ее можно выразить через максимальные значения энергии электрического поля конденсатора или энергии магнитного поля катушки следующим образом:

Поэтому:

Формула Томсона

ώ = - циклическая частота свободных колебаний

Т = =2π - период свободных колебаний

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/287478-metodicheskaja-razrabotka-uroka-jelektromagni