Конспект урока по физике "Уравнение электромагнитных гармонических колебаний"

Тема. Гармонические колебания. Уравнение электромагнитных гармонических колебаний Цели   урока:  осуществить   фронтальный   опрос   по   проверке   знаний   учащимися   ранее изученного материала; провести аналогию при записи основного уравнения электромагнитных   колебаний;   записать   законы   изменения   заряда,   силы тока и напряжения;  формировать навыки решения задач с использованием основных понятий темы; развивать память, научное мышление учащихся, речь; воспитывать самостоятельность, аккуратность, трудолюбие. Тип урока: комбинированный Ход урока 1. 2. Организационный момент Фронтальный опрос по пройденному материалу  Что называют электромагнитными колебаниями?  Где могут возникать электромагнитные колебания?  Что представляет собой простейший колебательный контур?  Изобразить схему простейшего колебательного контура  Как можно зарядить конденсатор? Изобразить простейшую схему зарядки  конденсатора  Рассказать, какие процессы происходят в колебательном контуре через  каждую четверть периода  Какие электромагнитные величины изменяются с течением времени?  Какие превращения энергии происходят в колебательном контуре?  Как определить энергию электрического поля конденсатора? Записать  формулу  Как определить энергию магнитного поля поля конденсатора? Записать  формулу  Изменяется ли энергия электромагнитного поля?  Что называют периодом электромагнитного колебания, и в каких единицах  он измеряется?  От чего зависит период электромагнитных колебаний?  Записать формулу периода Что называют собственной частотой электромагнитных колебаний, и в каких  единицах она измеряется? Записать формулу собственной частоты колебаний   Что такое циклическая частота колебаний, и в каких единицах она  измеряется?  Как циклическая частота связана с периодом и собственной частотой  колебаний?  Как обозначается индуктивность катушки, единицы измерения?  Как обозначается ёмкость конденсатора, единицы измерения?   Что нужно для того, чтобы электромагнитные колебания не затухали? 3.Постановка темы урока При   электромагнитных   колебаниях   происходят   периодические   изменения электрического заряда, силы тока и напряжения. Для того, чтобы рассчитать мгновенные значения этих величин в данный момент времени, нужно иметь уравнения, описывающие свободные   электромагнитные   колебания   этих   величин.   Тема   сегодняшнего   урока: «Гармонические   колебания.   Уравнение   электромагнитных   гармонических колебаний». 4.Изложение нового материала Подобно тому как координата при механических колебаниях (в случае, когда в начальный момент   времени   отклонение   тела   маятника   от   положения   равновесия   максимально) изменяется со временем по гармоническому закону: заряд конденсатора меняется с течением времени по такому же закону: х = хm  cos  t   q = qm  cos t , где   q ­ мгновенное значение электрического заряда          qm  — амплитуда колебаний заряда           ­ циклическая частота колебаний           t ­   определённый момент времени Сила тока также совершает гармонические колебания: mq sin t  = Im  cos( /q  = ­  i =  где Im =  qm — амплитуда колебаний силы тока.    t ) 2 ,Колебания силы тока опережают по фазе на   2  колебания заряда.   Точно   так   же   колебания   скорости   тела   в   случае   пружинного   или   математического  2 маятника опережают на    колебания координаты (смещения) этого тела.  В действительности, из­за неизбежного наличия сопротивления электрической цепи, колебания   будут   затухающими.   Сопротивление   R   также   будет   влиять   и   на   период колебаний,   чем   больше   сопротивление   R,   тем   большим   будет   период   колебаний.   При достаточно   большом   сопротивлении   колебания   совсем   не   возникнут.   Конденсатор разрядится, но перезарядки его не произойдет, энергия электрического и магнитного полей перейдет в тепло.  Уравнение колебаний напряжения u =  //q =  /i  =  ­ Um  cos t ,   где Um =  mq C .  Период и частота не зависят от амплитуды колебаний и полностью определяются  параметрами колебательной системы (L и C): Т =  2   ;     2  Т =  2 LC ;      1  2 LC  1 LC 5. Закрепление новой темы. Решение задач 1. Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура?          2. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=444 пФ и катушка             индуктивностью L=4мГн. На какую частоту настроен контур? 3. Как   изменится   период   и   частота   колебаний   в   контуре,   если   индуктивность увеличить в 4 раза, а емкость – в 16 раз?4. Сила тока в цепи переменного тока меняется со временем по закону i =20 Cos  100 t. Определить характеристики колебательной системы и построить график  данного колебательного процесса. π Решение. 1.Выясним сначала, какой это вид колебаний. Гармонические колебания. 2.Запишем уравнение в общем виде: i = Im cos  t ω 3.Проводим сравнение общего уравнения с данным.  Увидели, что Im = 20А, а   ω π  = 100 . 4. Для построения графика нужны следующие величины: Im и T.  Im мы уже нашли, а теперь найдём T, используя формулу T =  :      T =  2   2  100  0,02( ) с  . 5.Теперь выберем и построим оси координат; одна – время, вторая – переменный ток. Обязательно нужно выбрать правильно масштаб. 6. Давайте вспомним, как выглядит график функции y = сos x. Зная из курса  алгебры  промежутки возрастания и убывания функции y = сos x, мы построим схематически  график.  T = 0,02с.  7.Проведем плавную линию. Итак, мы построили график колебаний  по уравнению i =20 сos 100 t. Рисунок 1. π Ребята, давайте подчеркнём основные этапы, т.е. проговорим алгоритм решения такого  типа задач. Алгоритм:  Сравниваем конкретное уравнение с уравнением в общем виде.  Определяем характеристики колебательной системы и обозначаем их: Im , T,  .ω Выбираем масштаб, строим и обозначаем оси.  Показываем значение периода, полупериода, значение максимального тока в  характерных точках. Схематично проводим график по аналогии с y = сosx.   Применяем формулы конкретного вида сопротивления и закона Ома. 6. Итог урока Заряд конденсатора меняется с течением времени по такому же закону:   q = qm  cos t   сила тока по закону:                           i =  /q  = ­ Imsin t , где   Im =   mq напряжение по закону:                      u =  //q =  /i  =  ­ Um  cos t ,   где Um =  mq C .      7. Домашнее задание: § 42 (читать), выучить конспект, решить задачи 979, 980 (Р.)