11 кл Колебательный контур

УРОК ФИЗИКИ
11КЛАСС


Учитель Конюшенко Т.Л.
Сосновская СШ

Колебательный контур. Превращения энергии в колебательном контуре. 

Цель обучения: 11.4.2.1-описывать условия возникновения свободных и вынужденных колебаний

Колебательный контур – простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания.
Колебательный контур состоит из конденсатора и катушки.

Колебательный контур

электрическая цепь, состоящая из конденсатора с емкостью С и катушки
с индуктивностью L.

Колебательный контур

Свободные электромагнитные гармонические колебания
в контуре без сопротивления возникают при подключении катушки
к заряженному конденсатору.

За счет явления самоиндукции в цепи возникают гармонические колебания
заряда q, напряжения U на конденсаторе
и силы тока i в катушке индуктивности.
Сопротивление проводников не учитывается.

Индуктивность проводника – это скалярная физическая величина численно равная отношению магнитного потока, созданного током в соленоиде к силе тока в нем

Индуктивность 

1. Наличие колебательного контура
2. Электрическое сопротивление должно быть очень маленьким.
3. Зарядить конденсатор (вывести систему из равновесия).

Условия возникновения электромагнитных колебаний:

Колебания, происходящие в колебательном контуре при сообщении заряда конденсатору

Электромагнитные колебания – периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения.
Прибор для наблюдения электромагнитных колебаний – осциллограф.
Пилообразное напряжение, подаваемое на пластины осциллографа заставляет электронный луч пробегать по «синусоиде»

R≠ 0 колебания затухающие
R=0 идеальный колебательный контур

колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы

Гармонические колебания заряда, напряжения и силы тока

q0 — амплитудное значение заряда на конденсаторе;

Здесь:

U0= q0/С —амплитудное значение напряжения на конденсаторе;

i0   q0 —амплитудное значение силы тока в катушке;

Превращение энергии в колебательном контуре

1) t = 0. В начальный момент времени вся энергия контура W
сосредоточена в электрическом поле конденсатора

Конденсатор начинает разряжаться и электрический ток,
направленный от (+) к (–), создает в катушке магнитное поле.
Энергия электрического поля переходит в энергию магнитного.

2) t = T/4. Энергия контура W сосредоточена в магнитном поле катушки:

Конденсатор разрядился. Основной ток должен исчезнуть,
но возникающий при этом ток самоиндукции поддерживает
убывающий ток (правило Ленца) и перезаряжает конденсатор.

3) t = T/2. Энергия контура W сосредоточена в электрическом поле
перезаряженного конденсатора:

4) t = 3T/4. Далее процесс повторяется.

КОЛЕБАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЙ

Период колебания (TЭ , ТМ ) энергий в колебательном контуре в два раза меньше периода колебаний заряда, напряжения и силы тока (T).

Закон сохранения электромагнитной энергии

Таким образом, в контуре происходит превращение энергии
электрического поля в энергию магнитного и наоборот.
При этом выполняется

закон сохранения электромагнитной энергии:

Всякий реальный контур обладает активным сопротивлением.

Энергия контура расходуется на нагревание проводника.
Амплитуда колебаний уменьшается, колебания затухают.

Вынужденные колебания.

возникают в контуре при подключении
генератора переменного тока.

Колебательный
контур c генератором

Генератор вырабатывает синусоидальное эдс

0 — амплитуда эдс,

 — частота генератора.

В контуре возникают вынужденные колебания с частотой генератора .

Резонанс в колебательном контуре

Резонанс в электрической цепи —
явление резкого возрастания амплитуды тока I0. Частота внешней ЭДС, при которой наблюдается резонанс, называется резонансной частотой рез и примерно равна собственной частоте колебаний

Чем больше активное сопротивление R,
тем меньше амплитуда колебаний тока I0.

Резонансные кривые

Колебательный контур содержит конденсатор емкостью 800 пФ и катушку индуктивности индуктивностью 2 мкГн. Каков период собственных колебаний контура? (ответ дайте в мкс)

3 балла

.

Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С и катушки индуктивности индуктивностью L. Как изменится период свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если электроемкость конденсатора и индуктивность катушки увеличить в 3р.

4 балла

Амплитуда силы тока при свободных колебаниях в колебательном контуре 100 мА. Какова амплитуда напряжения на конденсаторе колебательного контура, если емкость этого конденсатора 1 мкФ, а индуктивность катушки 1 Гн? Активным сопротивлением пренебречь.

5 баллов

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ