Класс 11.
УМК: « Физика» Авторы: Б.Б. Буховцев, Г. Я. Мякишев.
Тема урока: «Резонанс в электрической цепи»
Тип: урок открытия новых знаний.
Основные этапы учебной деятельности | Цель этапа | Деятельность учителя | Деятельность учащихся | УУД | Время выполнения |
Познавательные | Регулятивные | Коммуникативные |
1.Организационный этап | Подготовка к уроку обеих сторон | Проверить наличие учебных принадлежностей, наладить дисциплину, отметить отсутствующих. | Проверка своей готовности к уроку, приветствие учителя | | Принятие сигнала к учебной деятельности | Умение слушать и вступать в диалог | 5 минуты |
2.Актуализация знаний. | Вспомнить пройденный материал. | Задать ряд вопросов, | Ответить на вопросы заданные учителем. | Решение задач, установление аналогий. | Принятие и сохранение учебной задачи; планирование своей деятельности. | Правильная постановка вопросов.. | 5 минут |
3.Изучение нового материала | Понять информацию, которую даёт учитель и усвоить новые знания. | Доступно объяснить материал, сделать акцент на то, что нужно записать | Записать, главную информацию, разобрать новый материал. | Выделение существенной информации; установление аналогий. | Учёт установленных правил и планирование контроля. | Правильная постановка вопросов. | 20 минут |
4.Закрепление нового материала | Выявить непонимание темы, творческие применить полученные знания | | Решение задач у доски | Поиск необходимой информации; запись выборочной информации. | Оценка правильности выполнения своих действий на уроке. | Формулировка собственного мнения и учёт мнения других | 10 минут |
5. Информация о домашнем задании. | Получение домашнего задания | Грамотно объяснить учащимся домашнее задание | Записать и принять домашнее задание | Установление аналогий; осуществление синтеза. | Самостоятельная адекватная оценка своих действий. | Формулировка вопросов, контроль действий партнёра. | 2 минуты |
6.Рефлексия. | Подведение итогов | Подведение итогов | Высказать свои эмоции за урок в стихах. | Построение суждений в форме связи. | Проявление познавательной инициативы | Формулировка итогов урока | 3 минуты |
ХОД УРОКА
Орг. Момент
Приветствие; проверка отсутствующих и готовности
“Закройте глаза, освободите уши, напрягите слух, и от нежнейшего дуновения до самого дикого шума, от простейшего звука до высочайшей гармонии, от самого мощного страстного крика до самых кротких слов разума – всё это речь природы, которая обнаруживает своё бытиё, свою силу, свою жизнь…
Она даёт дивное зрелище; видит ли она сама, мы не знаем, но она его даёт для нас, а мы, незамеченные, смотрим из-за угла… Каждому является она в особенном виде. Она скрывается под тысячей имён и названий, и всё равно одна и та же. Она ввела меня в жизнь, она и уведёт. Я доверяю ей. Пусть она делает со мной, что хочет…”. Иоганн Вольфганг Гёте
Физика – наука о природе, приоткрывшая завесу и разгадавшая больше загадок мироздания, чем любая другая наука. Мы – дети природы и должны уметь с ней разговаривать, понимать и беречь её.
Кроме того, мы должны не только пользоваться всем тем, что дарит нам природа, любоваться ею, но стараться постичь её и увидеть то, что скрыто от нас за внешними образами явлений. А это можно лишь с помощью замечательной науки – физики.
Только физика позволяет заметить, что в “явлениях природы есть формы и ритмы, недоступные глазу созерцателя, но открытые глазу аналитика. Эти формы и ритмы мы называем физическими законами” (Р.Фейнман
Актуализация знаний
На прошедших уроках мы детально изучили процессы, которые происходят на участке цепи с одним из возможных сопротивлений.
Сегодня на занятии мы должны с Вами изучить основные особенности переменного электрического тока на реальном участке цепи и раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при электрическом резонансе.
Итак, давайте вспомним.
Фронтальный опрос
Учитель: Что называют электромагнитными колебаниями?
Ученик: Электромагнитными колебаниями называют периодические изменения напряженности электрического поля, магнитной индукции, силы тока, заряда и других характеристик электромагнитного поля
Учитель: Какие электромагнитные колебания называют вынужденными?
Ученик: Вынужденными колебаниями называют такие колебания, которые вызываются действием на систему внешних сил, периодически изменяющихся с течением времени
Учитель: Дайте определение переменного электрического тока.
Ученик: Электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению
Учитель: Дайте определение действующего значения силы переменного тока.
Ученик: Действующим значением силы переменного тока называют некоторое значение постоянного тока, действие которого произведёт такую же работу, что и рассматриваемый переменный ток за время одного периода.
Учитель: От каких величин зависит реактивное емкостное сопротивление?
Ученик: от емкости элемента и частоты протекающего тока.
3. Изучение нового материала.
В рабочих тетрадях записываем дату, тему урока и рассматриваемые вопросы.
Рассматриваемые вопросы:
Закон Ома для электрической цепи переменного тока.
Резонанс в цепи переменного тока.
Применение и учёт резонанса в технике.
Учитель:
В действительности участок цепи, по которому протекает переменный электрический ток, обладает свойствами активного, емкостного и индуктивного сопротивлений, правда, в разной степени. В каких-то случаях тем или иным сопротивлением можно пренебречь – в зависимости от решаемой задачи.
Рассмотрим процессы, происходящие на реальном участке цепи, представляющем собой последовательное соединение резистора, конденсатора и катушки индуктивности.

Отношения между физическими величинами для такого участка значительно сложнее, поэтому обратимся к главным результатам.
Опишем прохождение переменного электрического тока на таком участке цепи.
Напряжение, подаваемое внешним генератором, в любой момент времени равно сумме падений напряжений на различных участках цепи:

Пусть напряжение в цепи изменяется по гармоническому закону:

Так как напряжение на каждом участке своё, то на разных участках цепи между колебаниями силы тока и напряжения имеется свой сдвиг фаз. Поэтому сила тока в цепи будет изменяться по закону:

Амплитуда приложенного напряжения определяется на векторной диаграмме как геометрическая сумма амплитуд падений напряжений на активном сопротивлении, катушке индуктивности и конденсаторе.

Из прямоугольного треугольника на чертеже имеем:


Тогда:

Полное электрическое сопротивление цепи переменному току:

Величина

называется реактивным сопротивлением или реактансом.
Закон Ома для цепи переменного тока запишется в виде:

Формулировка закона Ома для цепи переменного тока:
Амплитуда силы переменного тока прямо пропорциональна амплитуде напряжения и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
Закон Ома для действующих значений силы тока и напряжения:

Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения можно определить из векторной диаграммы:

На реальном участке цепи происходят новые физические явления. Одно из важных – электрический резонанс.
Явление электрического резонанса впервые было описано выдающимся английским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1868 году.
Из формулы (7) следует условие, при котором наступает электрический резонанс: сила тока максимальна при минимальном значении полного сопротивления цепи, т.е. когда:

При этом:
цепь обладает только активным сопротивлением;
(UL)рез. = (UC)рез. (по модулю), но противоположны по фазе.
Выводы:
Из (10) следует, что электрический резонанс происходит, когда частота вынуждающего напряжения равна собственной частоте электрической цепи:



Амплитуда установившихся колебаний силы тока при резонансе определяется:

При электрическом резонансе цепь фактически обладает только активным сопротивлением, т.е. нет сдвига фаз между силой тока и напряжением, хотя до и после резонанса этот сдвиг фаз есть.
Проанализируем формулу (12):
при R — 0 (Imax)рез. —
(чем меньше активное сопротивление R, тем более острый максимум имеет резонансная кривая);
при R —
говорить о резонансе не имеет смысла.

Таким образом: резонанс в электрической цепи переменного тока – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с частотой свободных незатухающих колебаний в контуре.
Давайте посмотрим, каким образом на практике можно получить явление резонанса напряжений в электрической цепи переменного тока при последовательном соединении её элементов.
Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи в схемах настройки радиоприёмников (для выделения сигнала требуемой частоты), усилителей, генераторов высокочастотных колебаний. На явлении резонанса основана работа многих измерительных приборов. Например, резонансный волномер используется для измерения частоты и является основной частью генераторов стандартных сигналов.
Нужно помнить, что явление электрического резонанса необходимо учитывать при расчёте изоляции электрических цепей.
Вредное влияние резонанса проявляется в тех случаях, когда в цепи, не рассчитанной на работу в условиях резонанса, возникают чрезмерно большие токи или напряжения.
Резкие возрастания тока могут привести к нарушению изоляции витков катушки индуктивности, а большие напряжения – к пробою конденсаторов.
4. Закрепление нового материала
Вопросы для закрепления (выполняются письменно в тетрадях)
Что было изучено сегодня на уроке?
Какие новые понятия на уроке были введены?
Что представляет собой реальный участок цепи?
Какие новые формулы и законы изучили?
С каким новым физическим явлением Вы познакомились?
Дайте определение электрического резонанса.
Мы заканчиваем наш урок. Проследим логику изучения нами учебного материала.
С чего мы начали?
Повторили ранее изученный материал.
Выделили основные теоретические положения новой темы.
Подтвердили эти положения демонстрационным экспериментом.
Нашли практическое применение явления электрического резонанса.
Систематизировали и закрепили полученные знания.
Несколько учеников зачитывают свои ответы. Учитель подводит итоги урока, объявляются отметки учащимся.
5. Домашнее задание.
6 .Рефлексия
(Карточки с вопросами находятся на столе у каждого учащегося).
1. Что интересного запомнилось Вам на уроке?
2. Что оказалось для Вас полезным?
3. Что представляло наибольшую трудность?
4. Как Вы оцениваете полученные сегодня знания (глубокие, осознанные; предстоит осознать; неосознанные)?
Наш урок мы завершим изречениями древнекитайского философа, последователя Конфуция – Сюнь-цзы:
“Не поднявшись на высокую гору, не узнаешь высоты неба. Не взглянув в глубокое ущелье в горах, не узнаешь толщины земли. Не услышав заветов предков, не узнаешь величия учёности”.
“В учении нельзя останавливаться”.
И действительно, сколько ещё непознанного и неразгаданного вокруг нас. Какое поле деятельности для умелых рук, пытливого ума, смелой и любознательной натуры! А “великий океан истины” всё также расстилается перед нами неразгаданным до конца, загадочным, волшебным и манящим.
Я благодарю всех за урок. До свидания.