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
0t
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
2T
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 LЖесткость 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.
2 элм колебания.docx
