КОНСПЕКТ К УРОКУ " ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК" 1 КУРС СПО

Конспект урока "Переменный электрический ток"

"Кто действительно хочет понять все

величие нашего времени, тот должен

познакомиться с историей науки об электричестве.

И тогда он узнает сказку, какой нет и

среди сказок "Тысячи и одной ночи"

Никола Тесла «Сказка об электричестве»

Данная тема посвящена изучению переменного электрического тока.

Электромагнитные колебания – это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин в электрической цепи.

Свободные электромагнитные колебания – это колебаниями, которые происходят в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется.

Свободные колебания не могут существовать сколь угодно долго и со временем затухают. Поэтому, наибольшее практическое значение в настоящее время получили вынужденные электромагнитные колебания, которые представляют собой периодические изменения силы тока в контуре и других электрических величин под действием переменной электродвижущей силы от внешнего источника.

С такими колебаниями знаком каждый человек. Только люди их называют переменным электрическим током.

Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

В каждом доме есть розетки, в которые включают всю домашнюю технику и осветительные приборы, «питающиеся» переменным током напряжением 220 вольт. В школьных мастерских имеются станки — к ним тоже подведен переменный ток, только более высокого напряжения. Во всех микрорайонах стоят будки с надписями «Трансформатор», в которых находятся трансформаторы, преобразующие переменный ток; вдоль дорог и по лесным просекам протянулись линии электропередачи опять же переменного тока. Миллионы и миллионы генераторов, трансформаторов, электродвигателей во всем мире производят, передают и используют электрическую энергию благодаря особенностям этого вида тока, обнаруженным без малого двести лет назад.

Крупнейший ученый XIX века Герман Гельмгольц говорил, что до тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея. Явление электромагнитной индукции — фундаментальное научное открытие, совершенное английским физиком Майклом Фарадеем, — легло в основу современной технической цивилизации и кардинально преобразило окружающий нас мир.

Долгие десятилетия шли активные поиски наилучшей реализации этого открытия — вплоть до отчаянной борьбы между сторонниками постоянного и приверженцами переменного тока. Правда, начавшаяся более ста лет назад «война» давно закончилась тесным и плодотворным взаимодействием, когда недостатки одного из видов тока компенсируются достоинствами другого.

Каким способом можно получить переменный электрический ток?

Поместим в постоянное и однородное магнитное поле виток проволоки abcd.

При равномерном вращении этого витка вокруг оси OO’ магнитный поток, пронизывающий его площадь будет постоянно меняться как по величине, так и по направлению. Вследствие этого, согласно закону электромагнитной индукции, в витке возникает переменная по величине и направлению ЭДС индукции.

Когда плоскость вращающегося витка становится перпендикулярна силовым линиям магнитного поля, пронизывающий ее магнитный поток наибольший, скорость же изменения его равна нулю, так как при прохождении через это положение проводники витка ab и cd скользят вдоль силовых линий поля, не пересекая их. Следовательно, ЭДС индукции, возникающая в витке, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, будет равна нулю.

Когда же плоскость витка параллельна силовым линиям поля, поток, пронизывающий ее, равен нулю, скорость же изменения его при прохождении через это положение наибольшая, так как в этом случае проводники витка ab и cd движутся перпендикулярно к силовым линиям поля. ЭДС, возникшая в этом случае в витке, имеет наибольшее значение. В части ab витка, ЭДС будет направлена от чертежа к наблюдателю, а в части cd наоборот — от наблюдателя за чертеж.

При дальнейшем вращении витка ЭДС, сохраняя неизменным свое направление, будет уменьшаться до тех пор, пока опять не станет равной нулю. Т.е. в том положении, когда величина магнитного потока будет наибольшей, а скорость его изменения — наименьшей.

При дальнейшем вращении витка скорость изменения потока, пронизывающего виток, будет увеличиваться; следовательно, ЭДС по абсолютной величине будет возрастать. Но, так как теперь виток движется навстречу магнитным силовым линиям другой стороной плоскости, то направление в нем ЭДС изменяется на противоположное: в части ab ЭДС направлена от наблюдателя за чертеж, а в части bc — из-за чертежа к наблюдателю. И опять это направление ЭДС сохраниться и при дальнейшем движении витка, при этом абсолютная ее величина будет убывать.

При последующих оборотах витка все эти явления будут повторяться вновь.

Таким образом, величина ЭДС индукции во вращающемся витке за один его оборот изменяется от минус ξ_max до плюс ξ_max.

Для того чтобы пронаблюдать за происходящими изменениями ЭДС непосредственно, разомкнем виток и присоединим его концы к осциллографу. При вращении витка в магнитном поле осциллограф запишет все изменения тока, по которым можно будет судить и об изменениях  ЭДС индукции в витке.

На рисунке изображен график изменения ЭДС индукции в витке за время совершения одного полного оборота. Вверху показаны последовательные положения витка в магнитном поле, против них (т.е. внизу) — значения ЭДС индукции в витке. Направление силовых линий магнитного потока, пронизывающего виток, показано стрелками. Кружочки изображают сечение витка плоскостью чертежа с указанием направления тока в нем.

Как показывает осциллограмма, ток, возникающий в витке при равномерном его вращении в однородном магнитном поле, изменяется синусоидально. Поэтому такой ток еще иногда называют переменным синусоидальным током.

В дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения (или ЭДС), меняющегося с циклической частотой по закону синуса или косинуса:

где U_m — амплитуда напряжения, т.е. максимальное по модулю значение напряжения.

Аналогичные формулы записываются и для ЭДС индукции.

Если в цепи напряжение меняется с циклической частотой «Омега», то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Однако колебания силы тока в цепи не обязательно должны совпадать с колебаниями напряжения. Поэтому, в общем случае, мгновенное значение силы тока будет определяться по формуле:

Рассмотрим еще 2 основные характеристики переменного тока — период и частоту.

Под периодом переменного тока понимают промежуток времени, в течении которого ЭДС (или напряжение, или сила тока) совершает одно полное колебание. Напомним, что обозначается период большой латинской буквой T и измеряется он в секундах.

Частотой переменного тока называется число колебаний переменного тока за одну секунду. Обозначается греческой буквой n и измеряется в Гц (герцах).

Стандартная частота переменного тока, применяемого в промышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Этот выбор был сделан с участием русского ученого Михаила Осиповича Доливо-Добровольского.

В США по рекомендации известного ученого Тесла, работавшего в фирме Вестингауз, основным производителем тогда электромагнитной техники, стандартная частота переменного тока равна 60 Гц.

Частота в 50 Гц означает, что на протяжении 1 секунды ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в другую.

Основные выводы:

– Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

– Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электрические колебания, происходящие в электрической цепи под действием периодически изменяющейся по закону синуса или косинуса внешней ЭДС.

– Периодом переменного тока называют промежуток времени, в течении которого сила тока (или напряжение, или ЭДС) совершает одно полное колебание.

– Частота переменного тока — число колебаний

Конспект урока "Ёмкостное сопротивление. Индуктивное сопротивление"

Физика – какая ёмкость слова,

Физика для нас не просто звук,

Физика – опора и основа,

Всех без исключения наук!

Задача 1. В цепи переменного тока с частотой 50 Гц при напряжении 220 В возникает сила тока 4 А. Известно, что в эту цепь включена катушка с ничтожно малым активным сопротивлением. Какова индуктивность катушки?

Ответ: 175 мГн.

Задача 2. . При увеличении частоты от 50 Гц до 60 Гц, ёмкостное сопротивление конденсатора с постоянной ёмкостью уменьшилось на 10 Ом.  Найдите электроёмкость конденсатора.

Ответ: 53 мкФ.

Задача 3. Известно, что через катушку, включенную в цепь переменного тока с частотой 200 Гц, проходит ток не более 3 А. Найдите напряжение на катушке, в момент времени t = 0,2 мс, если в начальный момент времени оно максимально. Индуктивность катушки равна 5 мГн.

Ответ: 18,3 В.

Задача 4. Докажите, что если частота переменного тока равна собственной частоте, то по катушке индуктивности и конденсатору будет протекать одинаковый ток, а также на катушке и на конденсаторе будет одинаковое напряжение.

Ответ: доказано.

План изложения материала:

1.     Цепь переменного тока с активным сопротивлением.

2.     Цепь переменного тока с индуктивностью.

3.     Емкость в цепи переменного тока.

Вопрос 1. Цепь переменного тока с активным сопротивлением.

Даю определение активного сопротивления, демонстрируя учащимся образцы: электрические лампочки различных типов и напряжений, электронагревательные элементы бытовых приборов, школьные реостаты.

Предлагает рассмотреть цепь переменного тока, в которую включено одно активное сопротивление, и нарисовать ее в тетрадях. После проверки рисунка рассказываю, что в электрической цепи (рис. 1, а) под действием переменного напряжения протекает переменный ток, изменение которого зависит от изменения напряжения. Если напряжение увеличивается, ток в цепи возрастает, а при напряжении, равном нулю, ток в цепи отсутствует. Изменение направления его также будет совпадать с изменением направления напряжения

(рис. 1, в).

Рис 1. Цепь переменного тока с активным сопротивлением: а – схема; б – векторная диаграмма; в – волновая диаграмма

Графически изображаю на доске синусоиды тока и напряжения, которые совпадают по фазе, объясняя, что хотя по синусоиде можно определить период и частоту колебаний, а также максимальное и действующее значения, тем не менее построить синусоиду довольно сложно. Более простым способом изображения величин тока и напряжения является векторный.

Для этого вектора напряжения (в масштабе) следует отложить вправо из произвольно выбранной точки. Вектор тока преподаватель предлагает учащимся отложить самостоятельно, напомнив, что напряжение и ток совпадают по фазе. После построения векторной диаграммы (рис. 1, б) следует показать, что угол между векторами напряжения и тока равен нулю, т. е. ? = 0. Сила тока в такой цепи будет определяться по закону Ома:

1. Какое сопротивление называется активным?

2. Как будет изменяться ток по величине, если напряжение увеличивается?

3. Учащиеся решают разноуровневые задачи по определению активного сопротивления.

4. Почему на векторной диаграмме ток и напряжение отложены в одном и том же направлении?

Вопрос 2. Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением

Рассмотрим электрическую цепь переменного тока (рис. 2, а), в которую включено индуктивное сопротивление. Таким сопротивлением является катушка с небольшим количеством витков провода большого сечения, в которой активное сопротивление принято считать равным 0.

Рис. 2. Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением

Вокруг витков катушки при прохождении тока и будет создаваться переменное магнитное поле, индуктирующее в витках эде самоиндукции.

Согласно правилу Ленца, эде индукции всегда противодействует причине, вызывающей ее. А так как эде самоиндукции вызвана изменениями переменного тока, то она и препятствует его прохождению.

Сопротивление, вызываемое эде самоиндукции, называется индуктивным и обозначается буквой x_L. Индуктивное сопротивление катушки зависит от скорости изменения тока в катушке и ее индуктивности L:

где Х_L– индуктивное сопротивление, Ом;  – угловая частота переменного тока, рад/с; L–индуктивность катушки, Г.

Угловая частота  == , следовательно, .

Для закрепления понятия об индуктивности преподаватель может вызвать одного-двух учащихся к доске для решения примеров. Примеры соответствуют уровню В.

Пример. В цепь переменного тока включена катушка с индуктивностью L = 0,4T. Определить индуктивное сопротивление катушки, если частота  = 50 Гц.

Решение.  2-3,14.50.0,4= 125,6 Ом. Для сравнения можно определить  при  = 200 Гц:  = 2-3,14.200-0,4 = 502,4 Ом.

Сравнивая эти результаты, показываю, что с увеличением частоты переменного тока индуктивное сопротивление катушки повышается, а при уменьшении убывает; / = 0, т. е. при постоянном токе индуктивное сопротивление отсутствует.

:

1. Какое сопротивление называется индуктивным?

2. В каких случаях сопротивление бывает большим или меньшим?

Следующий этап урока – построение диаграмм. Для этого рисую на доске синусоиду переменного тока в осях координат х и у (рис. 5,6), напоминая учащимся, что эдс самоиндукции направлена навстречу току, и, следовательно, если ток уменьшается (точки 2 и <3), то электродвижущая сила самоиндукции будет возрастать. В тот момент, когда ток равен нулю, эдс будет иметь максимальное значение (точка 7). Такая же зависимость и в других точках синусоиды. Ток опережает эдс самоиндукции на угол  = 90°. Чтобы установить зависимость тока от напряжения, преподаватель напоминает учащимся о том, что если в цепи переменного тока только одна индуктивность, то эдс самоиндукции будет направлена навстречу напряжению генератора U. Следовательно, напряжение и эдс самоиндукции также сдвинуты по фазе на угол <р= 180°. В связи с этим синусоида напряжения противоположна синусоиде эдс самоиндукции. Изображаю на графике синусоиду напряжения U. Из графика видно, что в цепи, имеющей только индуктивность, напряжение опережает ток на 90°.

Большим индуктивным сопротивлением обладают реакторы, применяемые для ограничения тока электрических цепях, обмотки трансформаторов, обмотки электрических двигателей переменного тока. Ток в таких цепях определяется по закону Ома.

Учащиеся дают определения всем величинам, входящим в данную формулу.

Вопрос 3. Емкостное сопротивление в цепи переменного тока.

Перед началом объяснения следует напомнить, что имеется ряд случаев, когда в электрических цепях, кроме активного и индуктивного сопротивлений, имеется и емкостное сопротивление. Прибор, предназначенный для накопления электрических зарядов, называется конденсатором. Простейший конденсатор – это два проводка, разделенных слоем изоляции. Поэтому многожильные провода, кабели, обмотки электродвигателей и т. д. имеют емкостное сопротивление.

Объяснение сопровождается показом конденсатора различных типов и емкостных сопротивлений с подключением их в электрическую цепь.

Предлагаю рассмотреть случай, когда в электрической цепи преобладает одно емкостное сопротивление, а активным и индуктивным можно пренебречь из-за их малых значений (рис. 6, а). Если конденсатор включить в цепь постоянного тока, то ток по цепи проходить не будет, так как между пластинами конденсатора находится диэлектрик. Если же емкостное сопротивление подключить к цепи переменного тока, то по цепи будет проходить ток /, вызванный перезарядкой конденсатора. Перезарядка происходит потому, что переменное напряжение меняет свое направление, и, следовательно, если мы подключим амперметр в эту цепь, то он будет показывать ток зарядки и разрядки конденсатора. Через конденсатор ток и в этом случае не проходит.

Сила тока, проходящего в цепи с емкостным сопротивлением, зависит от емкостного сопротивления конденсатора Хс и определяется по закону Ома 

где U – напряжение источника эдс, В; Хс – емкостное сопротивление, Ом; / – сила тока, А.

Рис. 3. Цепь переменного тока с емкостным сопротивлением

Емкостное сопротивление в свою очередь определяется по формуле 

где С – емкостное сопротивление конденсатора, Ф.

Предлагаю учащимся построить векторную диаграмму тока и напряжения в цепи с емкостным сопротивлением. Напоминаю, что при изучении процессов в электрической цепи с емкостным сопротивлением было установлено, что ток опережает напряжение на угол ф = 90°. Этот сдвиг фаз тока и напряжения следует показать на волновой диаграмме. Графически изображаю на доске синусоиду напряжения (рис. 3, б) и дает задание учащимся самостоятельно нанести на чертеж синусоиду тока, опережающую напряжение на угол 90°. Убедившись, что все учащиеся выполнили задание правильно, задаю ряд вопросов:

1. Почему амперметр не покажет тока, если включить конденсатор в цепь постоянного тока?

2. Какой ток показывает амперметр при включении конденсатора в цепь переменного тока?

3. В каких единицах измеряется емкость? Учащиеся на доске вычерчивают диаграмму.

Закрепление материала можно начать с практического примера:

Рис, 4. Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями

Пример: По обмоткам проходит ток и они нагреваются; следовательно, обмотки имеют активное сопротивление и создают магнитное поле. Наконец, изолированные витки обмотки обладают емкостным сопротивлением. Поэтому такой приемник можно представить в виде трех сопротивлений (рис. 4, а).

Ответ. В этой цепи сопротивления соединены последовательно, и в них движется одинаковый ток.

Следует определить, чему равно общее напряжение на зажимах такой цепи и ее общее сопротивление.

Отложим вектор тока по горизонтали (рис. 4,6), а по нему и вектор напряжения, так как в цепи с активным сопротивлением ток и напряжение совпадают по фазе. Вектор напряжения на индуктивном сопротивлении  откладываем вверх под углом 90° к вектору тока, потому что это напряжение опережает ток. Напряжение в цепи с емкостным сопротивлением отстает от тока на угол 90°, и поэтому вектор О_с откладываем вниз. Сложим векторы  и  и получим вектор U_L– Uc, равный векторной сумме их. Находим общее напряжение на зажимах цепи, которое будет равно сумме_векторов, т. е. диагонали параллелограмма – вектору U. Из треугольника ABC

(рис. 4, в) по теореме Пифагора определяем  

Полное сопротивление этой цепи находим из треугольника сопротивлений  отсюда 

Следовательно, ток в такой цепи вычисляется по закону Ома .

Если у учащихся не возникает вопросов, объявляю задание на дом.

Рефлексия, итог урока:

Тема: «Активное сопротивление в цепи переменного тока»
1. Активное сопротивление


R– активное сопротивление, оно поглощает энергию идущую от генератора, превращая ее в тепловую.
u=U_max×Cosωt

Закон Ома запишется: 

,
где  - амплитуда силы тока.

Сила тока в цепи с активным сопротивлением совпадает по фазе с напряжением.


2. Мощность
P = I² · R - мощность в цепи постоянного тока.
Для переменного тока:



Построим график мощности

Среднее значение Cos 2ωt за период T равно нулю, поэтому среднее значение мощности, потребляемой электрической цепью с активным сопротивлением равно:

3. Действующие значения тока и напряжения

Если среднее значение мощности ,

то  - среднее значение квадрата тока.
Значит среднее (действующее) значение тока равно:

Аналогично среднее (действующее) значение напряжения равно:

Действующее значение переменного тока равно постоянному току, выделяющему в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

ема урока: Конденсатор в цепи переменного тока.п.33

Цель урока: Образовательная:Раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при протекании переменного тока через конденсатор. Рассмотреть основные особенности емкостного сопротивления и научить учащихся произво­дить простейшие расчеты емкостного сопротивления и в ходе компьютерной лабораторной работы исследовать его зависимость от частоты и электроемкости. Обратить внимание на энергетические превращения, фазовые соотношений меж­ду током и напряжением, выполнение закона Ома. развивающая: формировать у учащихся умение выделять главное и существенное в излагаемом разными способами материале, развитие познавательных интересов и способностей школьников при выявлении сути процессов .воспитательная: воспитывать сам- ть, трудолюбие, точность и четкость при ответе, умение видеть физику вокруг себя

Ход урока

1.орг.момент

2.Проверка знаний:

1. Действующее значение напряжения в цепи переменного тока 127 В. Амплитудное значение напряжения равно: 1) 127В 2) 180В 3) 220в 4) 90В

2. Амплитудное значение силы тока в цепи переменного тока 2 А Действующее значение силы тока равно 1) 2,8А 2) 3А 3) 1,4А 4) 1,2А

6. Изменение силы тока в зависимости от времени задано (в единицах СИ) уравнением
i =20 cos (100 p t). Определите :

1.      амплитуду силы тока ______________

2.     действующее значение силы тока _______________

3.     циклическую частоту _______________

4.     частоту колебаний _______________

5.     период колебаний _______________

7. Средняя мощность, выделяющаяся в резисторе в цепи переменного тока при амплитудном значении силы тока 2 А и амплитудном значении напряжения 30 В равна ________________________________

2. Решение задачи: От генератора переменного тока питается электропечь сопротивлением 22 Ом. Найти количество теплоты Q, выделяемое печью за время равное 1 часу, если амплитуда тока равняется 10 Ампер.

3.Актуализация знаний: Что такое конденсатор? Протекает ли постоянный ток через конденсатор?

Изучение нового материала( презентация к уроку 31)

2. Используя таблицу, вводят представление о сдвиге фаз между током и напряжением и вводят понятие емкостного сопротивления.

4.Закрепление нового материала:

№928

К зажимам генератора присоединён конденсатор ёмкость 0,1 мкФ. Найти амплитуду напряжения на зажимах если амплитуда, тока 2,2 А, период колебаний тока 0,2 мс.

Проверку решения осуществляют при помощи компьютерного «Решебника по физике» 

5.Подведение итогов урока. Домашнее задание* § 33;

Урок 33

Тема: Катушка индуктивности в цепи переменного тока.п.34

Дидактическая цель: создание условий для восприятия, осмысления и первичного закрепления новой учебной информации.

Задачи:

·         познавательная – знать понятие индуктивного сопротивления, его влияние на силу тока в цепи, уметь объяснять зависимость индуктивного сопротивления от частоты переменного тока и индуктивности; строить графики зависимости силы тока и напряжения от времени;

·         воспитательная – создание ситуации для самостоятельного решения проблемных ситуаций;

·         развивающая – развитие мышления через решение качественных и экспериментальных задач.

Ход урока

1.орг.момент

2.Введение:

"Незнающие пусть научатся, а знающие вспомнят еще раз." Античный афоризм.

Этот афоризм выбран мной не случайно. Дело в том, что сегодня при изучении нового материала нам все время придется вспоминать старый материал, который мы изучали с начала года. Вы имеете представление о переменном токе, трансформаторе, ферромагнетиках, индуктивности, законе электромагнитной индукции, самоиндукции и так далее. Сегодня все это мы вспомним еще раз.

Физ.диктант:

3.Новый материал.

На прошлом уроке мы на опыте убедились, что конденсатор влияет на силу переменного тока. Чем больше емкость, тем больше сила тока. Сегодня на опыте мы убедимся, что катушка индуктивности, включенная в сеть переменного тока, тоже влияет на силу тока в ней.

Рассмотрим поведение катушки индуктивности в цепи переменного тока.

- Что такое индуктивность и от чего она зависит?

Физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать изменению тока в нем численно равная ЭДС самоиндукции возникающей в проводнике при изменении силы тока на 1А за 1 с.

- От чего зависит индуктивность?

От размеров и форм проводника, и магнитных свойств среды в которой находится проводник.

Подключим катушку индуктивности последовательно с лампочкой к источнику синусоидального напряжения. Сопротивление катушки переменному току называют индуктивным сопротивлением и обозначают X_L

- Как провести исследование зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока?

Необходимо изменять частоту подаваемого напряжения и следить за яркостью горения лампочки.

Проделаем это.(Учитель проводит демонстрацию)

- Какой вывод из опыта мы можем сделать?

При увеличении частоты приложенного напряжения яркость горения лампочки уменьшилась, значит, уменьшилась сила тока. А т.к. амплитуда колебаний напряжения постоянна, то из закона Ома следует, что причиной уменьшения силы тока было увеличение сопротивления катушки. Следовательно, при увеличении частоты переменного тока индуктивное сопротивление увеличивается.

Запишем результаты эксперимента:

U_max = const, L = const. n => I ,так как X_L

Вывод X_L прямо зависит от n.

Исследуем зависимость индуктивного сопротивления от индуктивности катушки.

- Как провести такое исследование?

Необходимо изменять индуктивность катушки и следить за яркостью горения лампочки.

Проделаем это.(Учитель проводит демонстрацию)

- Какой вывод из опыта мы можем сделать?

При увеличении индуктивности катушки яркость горения лампочки уменьшилась, значит, уменьшилась сила тока. А т.к. амплитуда напряжения постоянна, то из закона Ома следует, что причиной уменьшения силы тока было увеличение сопротивления катушки. Следовательно, при увеличении индуктивности катушки ее сопротивление переменному току увеличивается.

Запишем результаты эксперимента:

U_max = const, n = const. L => I ,так как X_L

Вывод X_L прямо зависит от L.

Сформулируем вывод, от чего зависит сопротивление катушки переменному току.

Сопротивление катушки прямо зависит от частоты переменного тока и индуктивности катушки.

Как выводится формула для индуктивного сопротивления, чему равен сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения на катушке вы прочитаете в учебнике и самостоятельно заполните оставшуюся часть таблицы. (Учащимся отводится на эту работу 10 - 15 минут. При заполнении таблицы учитель строит вместе с учащимися графики зависимости индуктивного сопротивления от индуктивности катушки и частоты приложенного переменного напряжения)

Подведем итоги:

- Чему равен сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения в цепи с катушкой индуктивности?

Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения в цепи с катушкой индуктивности равен p/2. Причем колебания силы тока отстают от колебаний напряжения.

- Чему равна средняя за период мощность в цепи с катушкой индуктивности?

Средняя за период мощность в цепи с катушкой индуктивности равна нулю.

- От чего и как зависит индуктивное сопротивление катушки индуктивности?

Индуктивное сопротивление катушки индуктивности прямо пропорционально индуктивности катушки и частоте колебаний напряжения, приложенного к катушке индуктивности.

- Как выглядит график прямо пропорциональной зависимости?

Прямая, проходящая через начало координат.

4. Совершенствование знаний при решении задач

А.П. Рымкевич Физика. Задачник. 10 – 11 класс (2001г.), № 979 (969).

Задача 1: Амплитуда переменного напряжения на концах катушки равна 628 В, амплитуда силы тока 1 А, частота тока 50 Гц. Чему равна индуктивность катушки?

Задача 2: Катушка с индуктивностью 0,08 Гн присоединена к источнику переменного тока частотой 1000 Гц. При этом вольтметр показывает 100 В. Определить амплитуду тока в цепи.

5. Подведение итогов урока

·         Что мы изучили на сегодняшнем уроке?

·         С какими новыми величинами мы познакомились?

·         От чего и как зависит емкостное сопротивление?

·         От чего и как зависит индуктивное сопротивление?

·         Каков вид закона Ома для цепи переменного тока с конденсатором? С катушкой индуктивности?

·         Каков сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения в цепи с конденсатором? С катушкой индуктивности?

Итог урока: мы убедились в том, что в цепи переменного тока существуют три различных сопротивления: активное, индуктивное и емкостное. Каждое из этих сопротивлений по-своему влияет на силу тока в цепи. Это влияние необходимо учитывать в технике при расчете цепей переменного тока.

Домашнее задание: §33, повторить §30-32

Урок 34

Тема: решение задач

Цель: отработать методику решения типовых задач этой темы; развивать самостоятельность; умение работать коллективно; воспитывать аккураmность в записях, воспитывать трудолюбие, точность и четкость при ответе, умение видеть физику вокруг себя.

Ход урока

1.орг.момент

2.фронтальная работа с классом- устно

1. Почему при изменении силы тока в катушке в ней возникает ЭДС самоиндукции?

При изменении силы тока в катушке изменяется магнитный поток и возникает ЭДС самоиндукции.

2. Чему равно индуктивное сопротивление катушки?

Индуктивное сопротивление катушки равно

3. Как соотносятся фазы силы тока, протекающего через катушку индуктивности, и напряжения на ней?

Колебания силы тока в катушке индуктивности по фазе отстают на π/2 от колебаний напряжения на ней.

4. Чему равно среднее значение мощности переменного тока в катушке за период?

Среднее значение за период мощности переменного тока в катушке индуктивности равно нулю.

5. Почему индуктивное сопротивление катушки называют реактивным сопротивлением?

Элементы цепи, для которых среднее значение мощности переменного тока равно 0, обладают реактивным сопротивлением. Поэтому индуктивное сопротивление катушки является реактивным.

Вчера пришла домой после акробатики. Включила свет, компьютер. Как вдруг лампочки замигали. Чуть не погасли и тут же компьютер и котел отключились…Такое часто бывает. Почему? 

^ В осветительную сеть был включен потребитель с большой мощностью, например, сварочный аппарат, что привело к резкому падению напряжения

«учите постоянный ток а в основном везде подводится переменный» Как, а 220 В?» Что ему сказать? 

Это среднее напряжение в цепи переменного тока, представляет собой такое напряжение постоянного тока, при котором мощность в данной цепи была бы такой же, как при данном переменном токе в течение одного периода Какой ток в вашей осветительной сети? Что это значит?

(переменный: ток меняющий 100 раз в секунду свое направление, причем меняется сила тока и напряжение)

^ Как узнать ток постоянный или переменный?

(Один из способов, не требующий никаких приборов. Надо взять какой-нибудь тонкий блестящий предмет – ножницы, нож, вязальную спицу и, став спиной к зажженной электрической лампе, держать его на вытянутой руке на расстоянии 50 см от глаз. Затем привести предмет в быстрые колебания и наблюдать отраженный свет. Если при этом видна равномерно светящаяся полоса, то ток, идущий через лампу постоянный (рис 2). Если полоса распадается на ряд чередующихся светлых и темных участков, то сеть питается переменным током) 

^ Какова стандартная частота тока? Почему именно такая?

(Частота – число периодов в секунду - 50 Гц. Такая частота обеспечивает возможность применения переменного тока для освещения. Раскаленный волосок электрической лампочки не успевает сильно остыть за то время, в течение которого сила тока равна или почти равна нулю. Кроме того, и наш глаз не может подметить быстро следующих колебаний освещенности.)

^ Почему нельзя прибор, в паспорте которого указано, что он предназначен для переменного тока, включать в сеть постоянного тока?

(Выйдет из строя, произойдет перегорание проводящих частей.)

^ Почему нельзя заряжать аккумулятор переменным током?

(Зарядка не возможна, так как химическая реакция будет протекать, изменяя направление с частотой тока и перераспределение зарядов не произойдет)

^ Будет ли электромагнит работать от переменного тока так же, как от постоянного?

Да. Проверим на опыте.

Фронтальная работа с классом письменно( можно с интерактивной доской)

Вам предлагается задание по моему указанию вы отвечаете на вопрос, поднимая карточку с выбранным номером ответа. (Сторона карточки обращенная к учителю, может быть окрашена в определенный цвет)
Задание 6  В рамке, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле, вследствие изменения потока магнитной индукции через рамку возникает гармоническая ЭДС. Пусть за время t рамка поворачивается.

       i.           
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея в рамке возникает ЭДС индукции, равная…

     ii.           
Потока магнитной индукции, пронизывающий рамку, равен…

  iii.           
Угол поворота рамки определяется как произведение…

   iv.           
На примере механических гармонических колебаний мы видели, что скорость изменения колеблющейся величины опережает по фазе на π/2 изменение самой величины, следовательно, ЭДС индукции в момент t равна…

     v.           
Амплитудное значение ЭДС индукции равно…

1.BScosα. 2. ωt. 3. – ΔΦ/ Δt. 4. E_msinωt. 5. BSω.

Ответ: I – 3; II – 1; II – 2; I IV – 4; V – 5.

Задание 7.

Напряжение на участке цепи при постоянной силе тока численно равно работе, которую совершает источник при прохождении по этому участку единицы количества электричества.

       i.           
Следовательно, при прохождении по участку количества электричества q совершается работа…

     ii.           
Количество электричества, прошедшее по участку за время t, равно…

  iii.           
Используя полученные ранее соотношения, получаем выражние для работы постоянного электрического тока…

   iv.           
Мощность в цепи постоянного тока равна…

     v.           
Цепи переменного тока характеризуются действующими значениями силы тока и напряжения и средней ( за период) мощностью, которая равна…

1.IU. 2. Uq. 3. It. 4. IUt. 5. IUcosωt.

Ответ: I – 2; II – 3; III – 4; IV – 1; V – 5.

Задание 8.

В сеть переменного тока напряжением 110 В включен последовательно конденсатор емкостью 50 мкФ и катушка индуктивностью 20 мГн с активным сопротивлением 4 Ом. Определите:

       i.           
Максимальное значение напряжения в цепи (В);

     ii.           
Собственную частоту колебательного контура (Гц);

  iii.           
Индуктивное сопротивление (Ом);

   iv.           
Полное сопротивление при резонансе (Ом);

     v.           
Максимальное значение силы тока при резонансе (А).

1.20. 2) 155. 3) 38,8. 4) 4. 5) 160.

Ответ: I - 2; II – 5; III – 1; IV – 4; V – 3.

Решение: U_m = U√2 = 110*1,4 = 155 В;

√ = 1/2π √LC = 160 Гц;

X_l = ωL= 20 Ом;

Z = R = 4 Ом;

I_m = U_m /R = 38,8 А

Д/З Вольтметр на щетках электродвигателя показывает напряжение 120 В, амперметр 450 А. Определите:

1.     
Общее сопротивление (Ом);

2.    
Индуктивное сопротивление, если активное сопротивление обмотки двигателя 0,247 Ом;

3.    
Полную мощность источника тока (кВт);

4.    
Количество теплоты, которое выделяется каждую секунду в цепи (кДж).

1.0,1. 2) 0,267. 3) 54. 4) 50.

Решение; Z = U_m/ I_m = 0,267 Ом; 

X_l = √Z² - R² = 0,1 Ом;

P = IU = 54 кВт;

Q = I²Rt = 50 кДж.
3.Решение задач( вместе)

1. Максимальный заряд на обкладках конденсатораколебательного контура q_m = 10^-6 Кл. Амплитудное значение силы тока и контуре I_m = 10^-3 А. Определите период колебаний. (Потерями па нагревание проводников можно пренебречь.)

Решение. Амплитудные значения силы тока и заряда связаны соотношением:


 
2. Рамка площадью S = 3000 см² имеет N = 200 витков и вращается в однородном магнитном поле с индукцией В  = 1,5 • 10^{- 2} Тл. Максимальная ЭДС в рамке _m = 1,5 В. Определите время одного оборота.

Решение. Магнитный поток, пронизывающий рамку, равен:

Ф = BSNcos t. 

Согласно закону электромагнитной индукции:

е = - Ф' = BSN sin  t.

Амплитуда ЭДС индукции

_m = BSN .

Отсюда

3. В цепь переменного тока с частотой v = 500 Гц включена катушка индуктивностью L = 10 мГн. Определите емкость конденсатора, который надо включить в эту цепь, чтобы наступил резонанс.

Решение. Электрическая цепь согласно условию задачи представляет собой колебательный контур. Резонанс в этой цепи наступит, когда частота переменного тока будет равна собственной частоте колебательного контура (v = v₀).

4.Решение задач сам-но( не решенные задачи закончить дома- карточки)
    УПРАЖНЕНИЕ 4
 
1.    После того как конденсатору колебательного контура был сообщен заряд q = 10^-5 Кл, в контуре возникли затухающие колебания. Какое количество теплоты выделится в контуре к тому времени, когда колебания в нем полностью затухнут? Емкость конденсатора С = 0,01 мкФ.

2.    Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью L = 0,003 Гн и плоского конденсатора емкостью С = 13,4 пФ. Определите период свободных колебаний в контуре.

3.    В каких пределах должна изменяться индуктивность катушки колебательного контура, чтобы частота колебаний изменялась от 400 до 500 Гц? Емкость конденсатора 10 мкФ.

4.    Определите амплитуду ЭДС, наводимой в рамке, вращающейся в однородном магнитном поле, если частота вращения составляет 50 об/с, площадь рамки 100 см² и магнитная индукция 0,2 Тл.

5.    Катушка индуктивностью L = 0,08 Гн присоединена к точнику переменного напряжения с частотой v = 1000 Гц. Действующее значение напряжения U = 100 В. Определите амплитуду силы тока I_m в цепи.

5.Итог урока.

Доп.

1 2 следующая →

6.Проверка усвоения содержания урока.

Самостоятельная работа по материалу урока.

Вариант 1.

1.        Какой из приведенных графиков соответствует зависимости индуктивного сопротивления в цепи переменного тока от частоты?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4.

2.       Как изменится емкостное сопротивление конденсатора, если его емкость увеличится в 2 раза?

А. Не изменится. Б. Увеличится в 2 раза. В. Увеличится в 4 раза. Г. Уменьшится в 2 раза. Д. Уменьшится в 4 раза.

3.       На рисунке изображены для двух цепей графики изменения напряжения и силы тока со временем. В какой из цепей имеется катушка индуктивности?

А. 1. Б. 2.

4.       Найти силу тока в катушке индуктивностью 0,051 Гн, которая включена в цепь переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 160 В

Вариант 2.

1.        Какой из приведенных графиков соответствует зависимости емкостного сопротивления в цепи переменного тока от частоты?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4.

2.       Как изменится индуктивное сопротивление катушки, если ее индуктивность уменьшится в 2 раза?

А. Не изменится. Б. Увеличится в 2 раза. В. Увеличится в 4 раза. Г. Уменьшится в 2 раза. Д. Уменьшится в 4 раза.

3.       На рисунке изображены для двух цепей графики изменения напряжения и силы тока со временем. В какой из цепей имеется конденсатор?

А. 1. Б. 2.

4.       Конденсатор включен в цепь переменного тока частоты 50 Гц. Напряжение в сети 220 В. Сила тока 2,5 А. Какова емкость конденсатора?

2.       Тест

Задание1: Как изменится амплитуда колебаний силы тока, протекающего через катушку, активное сопротивление которой равно 0, если при неизменной амплитуде напряжения частоту колебаний увеличить в 2 раза?

·         увеличивается в 2 раза;

·         уменьшается в 2 раза;

·         увеличивается в 4 раза;

·         уменьшается в 4 раза

·         не изменяется.

Задание 2: При электрических колебаниях в колебательном контуре сила тока в катушке с индуктивностью 1 Гн изменяется по закону: i = 2 cos100t(А). Чему равна амплитуда колебаний напряжения на катушке?

·         0,02 В

·         2 В

·         200 В

·         2*10⁴ В

Задание 4: В момент, когда напряжение на катушке достигает максимума, сила тока…

·         максимальна

·         равна 0

·         равна половине амплитуды

·         остается постоянной

Задание 5: Если в катушку, последовательно соединенную с лампой, медленно вводить железный сердечник, то накал лампы…

·         увеличивается

·         уменьшается

·         не изменяется

·         лампа погаснет

   III.            Решение задач

Задача 1: Амплитуда переменного напряжения на концах катушки равна 628 В, амплитуда силы тока 1 А, частота тока 50 Гц. Чему равна индуктивность катушки?

Задача 2: Катушка с индуктивностью 0,08 Гн присоединена к источнику переменного тока частотой 1000 Гц. При этом вольтметр показывает 100 В. Определить амплитуду тока в цепи.

   IV.            Итог урока: мы убедились в том, что в цепи переменного тока существуют три различных сопротивления: активное, индуктивное и емкостное. Каждое из этих сопротивлений по-своему влияет на силу тока в цепи. Это влияние необходимо учитывать в технике при расчете цепей переменного тока.

      V.            Домашнее задание: §33, повторить §30-32

УРОК ПО ФИЗИКЕ № 4.

11 класс

Контрольная работа по теме “Электромагнитные колебания”.

Цель урока: проверить знания учащихся по теме «Колебательный контур» и «Превращение энергии в колебательном контуре».

Ход урока:

1. Орг. момент.

2. Раздача индивидуальных карточек с заданием контрольной работы.

1 вариант:

1. Какую роль играют индуктивность и емкость в колебательном контуре?

2. Почему в колебательном контуре колебания не прекращаются в тот момент, когда конденсатор полностью разрядится?

3. Найти отношение энергии магнитного поля к энергии электрического поля для момента времени t=T/8, считая, что процессы происходят в идеальном колебательном контуре.

4. Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура?

5. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=888 пФ и катушка индуктивностью L=2мГн. На какую частоту настроен контур?

6. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=25нФ и катушки индуктивностью L=1,014Гн. Обкладки конденсатора имеют заряд q=2,5мкКл. Написать уравнение изменения разности потенциалов на обкладках конденсатора и тока в цепи с числовыми коэффициентами. Найти разность потенциалов на обкладках конденсатора и ток в цепи в моменты времени Т/4. Построить графики найденных зависимостей в пределах одного периода.

2 вариант:

1. Почему в колебательном контуре колебания не прекращаются в тот момент, когда конденсатор полностью разрядится?

2. Где будет сосредоточена энергия колебательного контура в момент времени t=T/4, t=T/2, t=5T/4 ?

3. Дан идеальный колебательный контур. Что в нем определяет частоту и амплитуду колебаний.

4. Как изменится период и частота колебаний в контуре, если индуктивность увеличить в 2 раза, а емкость – в 4 раза?

5. Вычислить частоту собственных колебаний в контуре, если его индуктивность равна 12мГн, емкость – 0,88мкФ, а сопротивление контура равно нулю.

6. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=25нФ и катушки индуктивностью L=1,014Гн. Обкладки конденсатора имеют заряд q=2,5мкКл. Написать уравнение изменения разности потенциалов на обкладках конденсатора и тока в цепи с числовыми коэффициентами. Найти разность потенциалов на обкладках конденсатора и ток в цепи в моменты времени Т/2. Построить графики найденных зависимостей в пределах одного периода.

3. Сбор работ и инд. карточек.

4. Дом .задание. Подготовиться к тестированию.

Урок 35

Тема: Резонанс в электрической цепи. Генератор на транзисторе. Автоколебания п.35,36

Цель урока: 

Образовательные:

Сформировать понятие автоколебаний, рассмотреть принцип действия генератора незатухающих колебаний на транзисторе.

Продолжить формирование  знаний по физическим основам получения переменного тока.

Развивающие:

Развивать практические умения учащихся: умение анализировать, обобщать, выделять   главную мысль из рассказа учителя и делать выводы.

Развивать умение применять полученные знания в новых условиях.

Воспитывающие:

Расширить мировоззрение учащихся об истории исследования по проблемам вынужденных колебаний, вкладе ученых в становление теории автоколебаний.

Отрабатывать навыки учебного труда по ведению конспекта материала. 

Тип урока: 

 Урок изучения и первичного закрепления новых знаний

Ход работы

1.орг.момент

2.Проверка домашнего задания методом заполнения таблицы

- На карточках, розданных учащимся, с правой стороны хаотично расположены правильные ответы; с левой стороны записаны формулы, законы, выражения величин, по изученной теме.

В течение 7 минут надо записать правильные коды ответов и сдать работу учителю.

Код ответа: 1- 16; 2- 3; 3- 11; 4- 7; 5- 6; 6- 10; 7- 13; 8- 4; 9- 5; 10- 12; 11- 14; 12- 8; 13- 17; 14- 2; 15- 9; 16- 1; 17- 15/

3.Изучение нового материала

Повторение механических автоколебаний.

1. Автоколебательные системы.

Если в систему, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания,

поместить источник энергии и система сама регулировала бы подачу энергии порциями, то появятся незатухающие колебания.

Системы называются автоколебательными, если в них создаются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри системы.

Генератор на транзисторе – автоколебательная система.

2. Как создать незатухающие колебания в контуре?

Необходимо обеспечивать автоматическую работу клапана или ключа. 

Клапан должен обладать большим быстродействием. Такую работу безынерционного клапана выполняет транзистор, который состоит из 3-х полупроводников: коллектора, 

эмиттера и базы. Эмиттер и коллектор имеют одинаковые основные носители заряда;

основные носители базы имеют противоположный знак.

3. Работа генератора на транзисторе. 

На схеме видим, что колебательный контур последовательно соединен с источником напряжения, а далее расположен транзистор.

На коллектор подается отрицательный потенциал, а на эмиттер – положительный.

Переход база – коллектор является обратным (ток в цепи не идет); при этом переход эмиттер- база оказывается прямым. Что соответствует разомкнутому ключу на схемах.

Чтобы в контуре появился ток и зарядил конденсатор необходимо сообщать базе отрицательный потенциал относительно эмиттера. Это соответствует замкнутому ключу на схеме. Для компенсации потерь энергии в контуре напряжение на эмиттерном переходе должно постоянно менять знак, для осуществления обратной связи.

В данном случае обратная связь возникает из-за индуктивной связи катушек. Одна из ник расположена в контуре, другая подключена к эмиттерному переходу.

Чтобы колебания в контуре не затухали, необходимо подбирать фазу колебаний напряжения на эмиттерном переходе так, что «толчки» тока действуют на контур в нужные интервалы времени.

От индуктивности катушки и емкости конденсатора зависит частота колебаний в контуре.

ω0=1 / QUOTE  

Чем меньше индуктивность и емкость, тем больше частота колебаний

Генераторы на транзисторах широко применяются в радиотехнических устройствах, электронно – вычислительных машинах.

4. Основные элементы автоколебательной системы.Выделим основные элементы, применяемые во многих автоколебательных системах.

Закрепление изученной темы

1. Где возникают автоколебания?

2. Чем отличаются автоколебания от свободных и вынужденных колебаний?

3. Описать роль транзистора в создании автоколебаний?

4. Что такое обратная связь и как она осуществляется в генераторе на транзисторе?

5. Выделить элементы автоколебательной системы.

Подведем итоги урока Домашнее задание: § 35,36, повт. §34,

Скачано с www.znanio.ru