Механические колебания

Электромагнитные колебания Физика, 11 класс. Учитель: Купенова Г.М. Электромагнитные колебания Физика, 11класс. Дидактическая цель урока: провести полную аналогию между механическими и электромагнит­ ными колебаниями, выявив сходство и различие между ними. Развивающая цель урока: научить обобщению, синтезу, анализу и сравнению теоретического  материала; развивать умения и навыки анализировать знания и делать выводы; развитие речи  учащихся через организацию диалогического общения на уроке Воспитательная цель урока: воспитание отношения к физике, как к одному из  фундаментальных компонентов естествознания. Межпредметные связи: математика  Наглядность: демонстрация колебаний математического и пружинного маятников, зарядки и разрядки конденсатора. Оборудование:  набор   приборов   для   демонстрации   колебательных   процессов,  листы   для практических   работ   с   таблицами   для   каждого   учащегося   (распечатать   на   листе   А4   с   двух сторон: задать печать 2 страницы  на лист номера 4,1; на обратной стороне листа задать печать 2 страницы  на лист номера 2,3). I. Оргмомент; II. Повторение известного материала  с одновременной  проверкой знаний; III. Изучение электромагнитных колебаний  в колебательном контуре;  IV. Вывод уравнения колебательного процесса; V. Домашнее задание. Ход занятия I. Оргмомент. Сегодня мы продолжим изучение колебательных процессов. II. Актуализация знаний ( используем справочник ­ Приложение 1, раздаточные листы) Фронтальная беседа с одновременным заполнением рабочих листов. 1. Гармонические колебания? ­ это колебания, которые происходят по закону синуса или косинуса. 2. Характеристики гармонических колебаний? ­ Период колебаний – время, за которое маятник совершается одно полное колебание. [Т] = с                 Т =    ­ Частота колебаний – число полных колебаний в единицу времени.  [ν] = Гц     ν  =  ­  Амплитуда колебаний – наибольшее (по модулю) отклонение тела от положения равновесия (величина, стоящая перед  знаком функции косинуса или синуса).       [А] = м. ­ Скорость  [] = м/с  ­  Ускорение [a] = м/с2   ­ Фаза колебаний ­ Величину φ, стоящую под знаком функции косинуса или синуса, называют  фазой колебаний, описываемой этой функцией. ­  Циклическая частота ­ число колебаний за 2π с [  ] φ = рад. ω0 = 2πν; ω0Т = 2 ;   Т =  π ­ Связь периода колебаний с частотой:  T =   ;     ν =  3. Механические колебания?  ­ это периодические изменения координаты, скорости и ускорения тела. 4. Уравнение координаты колеблющегося тела? 5. Решение этого уравнения? х = хmax cos ω0t     или    х = хmax sin ω0t 2 x x Проверяем эти решения: вычисляем первую и вторую производные координаты. III. Изучение процессов в колебательном контуре 1. Создание проблемной ситуации Демонстрация зарядки и разрядки конденсатора.  О б о р у д о в а н и е :  1) набор конденсаторов; 2) гальванометр школьный  (миллиамперметр); 3) выпрямитель; 4) переключатель двухполюсный; 5)  соединительные провода. Если гальванометр заменить катушкой? ????? Простейшая   система,   в   которой   могут   происходить   свободные   электромагнитные колебания, состоит из конденсатора и катушки, присоединенной к его обкладкам , и называется колебательным контуром. Задание учащимся: Заполнение  таблиц  №1, №2,  №3 для электромагнитных колебаний. Электромагнитные колебания ­это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения 2. Что необходимо сделать, чтобы в колебательной системе возникли колебания? ­ Зарядить конденсатор от источника постоянного напряжения (ключ в положении 1), а затем  перевести ключ в положение  2. 3. Рассмотрим процессы, происходящие в колебательном контуре:   пружинный маятник колебательный контур Таблица 5. Время 0t 0 t  T 4 смещение тела от положения  равновесия максимально   xm, кE;  E0;  2 m kx 2 n  0 тело приходит в движение, его  скорость возрастает постепенно  вследствие инертности тела  E к  ;  E п x t  T 4 при прохождении положения  равновесия скорость тела максимальна m, T 4  t T 2 x  E  0;  E   0; к  n 2 m m 2 тело, достигнув положение равновесия, продолжает движение по инерции с  постепенно уменьшающейся скоростью x  ;  E к  E п на конденсаторе находится максимальный  заряд   qm,  I  ;0 W эл  2 q m 2 C ; W м  0 при замыкании цепи конденсатор начинает  разряжаться через катушку; возникает ток и  связанное с ним магнитное поле. Вследствие  самоиндукции сила тока нарастает постепенно  I  ; q  W  эл W м конденсатор разрядился, сила тока  максимальна    I m , q  ;0 W эл  ;0 W м  2 LI m 2 вследствие самоиндукции сила тока  уменьшается постепенно, в катушке возникает индукционный ток и конденсатор начинает  перезаряжаться q  ; I W  м W эл t  T 2 пружина максимально растянута, тело  сместилось в другую сторону конденсатор перезарядился, знаки заряда на  обкладках поменялись x max    ,  E 0;  n 2 m kx 2 E ; к  0 q max ; I  ;0 W эл  2 q m 2 C ; W м  0 T 2  t 3 T 4 t  3T 4 тело начинает движение в  противоположном направлении,  скорость постепенно растёт    ; E E x п к тело проходит положение равновесия,  его скорость максимальна    m  2 m m 2 E  0; E 0;    x к n разрядка конденсатора возобновляется, ток  течёт в другом направлении, сила тока  постепенно растёт q  эл W  ;  W I м конденсатор полностью разрядился, сила тока  в цепи максимальна    Im q  ;0 W эл  ;0 W м  2 LI m 2 T 3 4  Tt Tt  по инерции тело продолжает двигаться  в том же направлении к крайнему  положению  x смещение тела максимально. Его  скорость равна 0 и состояние  аналогично первоначальному  ;  E к E п вследствие самоиндукции ток продолжает течь в том же направлении, конденсатор начинает  заряжаться q  ; I  W  м W эл конденсатор снова заряжен, ток в цепи  отсутствует, состояние контура аналогично  первоначальному x max    ; E 0; n  2 kx m 2 E;  к  0 q max ; I  ;0 W эл  2 q m 2 C ; W м  0 4. Превращение энергии в колебательном контуре W эл W м W п 0 0 0 4. Cоответствие между механическими и электрическими величинами при колебательных процессах. Таблица №3. Cоответствие между механическими и электрическими величинами при колебательных процессах. Координата                                         х Заряд                                                         q Скорость                                             v Сила тока                                                  i Масса                                                 m Индуктивность                                         L Жесткость пружины                           k Величина, обратная емкости                 1/С Потенциальная энергия                  kx2/2 Энергия электрического поля          q2/(2C) Кинетическая энергия                   mv2/2 Энергия магнитного поля                    Li2/2 Уравнению     2 x x колебания в контуре.     соответствует      2 q q  ­  уравнение, описывающее               Какое решение выбираем для   второго  уравнения ­ через синус или косинус? От чего зависит выбор?  От начальных условий: на конденсаторе находится максимальный  заряд   qm,  q = qm cos ω0t;  т.к.  q  i i = (qm cos ω0t)!   =  ­ qm ω0 sin ω0t = Im cos (ω0t +  ),    где Im = qm ω0                  Колебания силы тока опережают по фазе на   колебания заряда. Можно показать на графиках: IV.  Вывод уравнения колебательного процесса. Задание учащимся: Самостоятельное  заполнение  таблицы №4  для электромагнитных  колебаний. Задачи на колебательные процессы будем решать на следующем уроке. Работы на листах всем сдать. Оценивается правильное и полное  заполнение листов. V. Домашнее задание.  §29­30, повторить §18­24, 27,28. Литература 1. Физика 11 класс /Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин­М. : Просвещение,2009. 2. "Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями"/О.Н. Бурлова.