Презентация к уроку физики в 11 классе "Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями"

Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями

Федоров А.М. – учитель физики Кюкяйской СОШ Сунтарского улуса Республики Саха

Зарядка конденсатора

Зарядка конденсатора от батареи аналогична сообщению телу, прикрепленному к пружине, потенциальной энергии   при смещении тела на расстояние хm от положения равновесия (рис. 4.5, а). Сравнивая это выражение с энергией конденсатора   замечаем, что жесткость k пружины выполняет при механических колебаниях такую же роль, как величина   обратная емкости, при электромагнитных колебаниях. При этом начальная координата хm соответствует заряду qm.

Возникновение тока в электрической цепи

Возникновение в электрической цепи тока i соответствует появлению в механической колебательной системе скорости тела vх под действием силы упругости пружины (рис. 4.5, б).
Момент времени, когда конденсатор разрядится, а сила тока достигнет максимума, аналогичен тому моменту времени, когда тело будет проходить с максимальной скоростью (рис. 4.5, в) положение равновесия.

Перезарядка конденсатора

Далее конденсатор в ходе электромагнитных колебаний начнет перезаряжаться, а тело в ходе механических колебаний — смещаться влево от положения равновесия (рис. 4.5, г). По прошествии половины периода Т конденсатор полностью перезарядится и сила тока станет равной нулю.
При механических колебаниях этому соответствует отклонение тела в крайнее левое положение, когда его скорость равна нулю (рис. 4.5, д). Соответствие между механическими и электрическими величинами при колебательных процессах можно свести в таблицу.

Энергетические превращения при колебаниях

Полная энергия колебаний

Полная механическая энергия пружинного осциллятора Е равна сумме потенциальной и кинетической энергий:


Аналогично, полная электромагнитная энергия колебательного контура равна сумме энергий электрического поля в конденсаторе и магнитного поля в катушке:

Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями

Электромагнитные и механические колебания имеют разную природу, но описываются одинаковыми уравнениями.

Упражнения

Колебательный контур содержит конденсатор электроемкостью С=8 пФ и катушку индуктивностью L=0,5 мГн. Максималь­ная сила тока в катушке Im=40 мА. Определите максимальное напряжение на обкладках конденсатора.
Колебательный контур имеет индуктивность L=1,6 мГн и электроемкость С=0,04 мкФ, максимальное напряжение на конденсаторе Um=200 В. Определите максимальную силу тока в контуре, считая его идеальным.







4.

Использованные ссылки

https://scask.ru/l_book_u_phis2.php?id=26
http://xn--24-6kct3an.xn--p1ai/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0_11_%D0%BA%D0%BB_%D0%9C%D1%8F%D0%BA%D0%B8%D1%88%D0%B5%D0%B2/32.html
https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fmakeagif.com%2Fgif%2Fkolebatelnyy-kontur-i-poluchenie-elektromagnitnykh-kolebaniy-L1I9ka&psig=AOvVaw1YjGff5CojKQUPVXtYSvLp&ust=1646804816860000&source=images&cd=vfe&ved=0CAgQjRxqFwoTCKj63JXotfYCFQAAAAAdAAAAABAJ
https://ykl-res.azureedge.net/e7b6a864-3593-46bd-95da-bb557197a3c3/%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B1%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8Fvilcin%C4%81%C5%A1an%C4%81shesitation.gif