Урок "Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре"

Тема «Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре»

Цели урока:

• обучающие: ввести понятия: “электромагнитные колебания”, “колебательный контур”; показать универсальность основных закономерностей колебательных процессов для колебаний любой физической природы; показать, что колебания в идеальном контуре являются гармоническими; раскрыть физический смысл характеристик колебаний;

• развивающие: развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний и умений по физике с использованием различных источников информации, в том числе средств современных информационных технологий; формирование умений оценивать достоверность естественнонаучной информации;

• воспитательные: воспитание убежденности в возможности познания законов природы; использования достижений физики на благо развития человеческой цивилизации; необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, готовности к морально-этической оценке использования научных достижений, чувства ответственности за защиту окружающей среды.

Ход урока

I. Оргмомент.

На сегодняшнем уроке мы приступаем к изучению новой главы учебника и тема сегодняшнего урока “Электромагнитные колебания. Колебательный контур”.

II. Изучение нового материала.

Слайд 2. Постановка задачи: Давайте вспомним что мы знаем о механических колебаниях? (Понятие свободные и вынужденные колебания, автоколебания, резонанс и т.д.) В электрических цепях, так же как и в механических системах, таких как груз на пружине или маятник, могут возникать свободные колебания. На сегодняшнем уроке мы приступаем к изучению таких систем. Тема сегодняшнего урока: “Электромагнитные колебания. Колебательный контур”.

Цели урока

• введём понятия: “электромагнитные колебания”, “колебательный контур”;

• покажем универсальность основных закономерностей колебательных процессов для колебаний любой физической природы;

• покажем, что колебания в идеальном контуре являются гармоническими;

• раскроем физический смысл характеристик колебаний.

Вспомним вначале какими свойствами должна обладать, система для того чтобы в ней могли возникнуть свободные колебания.

(В колебательной системе должна возникать возвращающая сила и происходить превращение энергии из одного вида в другой, трение в системе должно быть достаточно мало.)

В электрических цепях, так же как и в механических системах, таких как, груз на пружине или маятник, могут возникать свободные колебания.

Какие колебания называются свободными колебаниями?(колебания, которые возникают в системе после выведения её из положения равновесия) Какие колебания называются вынужденными колебаниями? (колебания, происходящие под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС)

Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электромагнитными колебаниями.

Слайд 3. После того как изобрели лейденскую банку и научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической машины, начали изучать электрический разряд банки. Замыкая обкладки лейденской банки с помощью проволочной катушки, обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются, но предсказать какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой южным было нельзя. Немалую роль в теории электромагнитных колебаний сыграл немецкий ученый XIX века ГЕЛЬМГОЛЬЦ Герман Людвиг Фердинанд. Его называют первым врачом среди ученых и первым ученым среди врачей. Он занимался физикой, математикой, физиологией, анатомией и психологией, добившись в каждой из этих областей мирового признания. Обратив внимание на колебательный характер разряда лейденской банки, в 1869 году Гельмгольц показал, что аналогичные колебания возникают в индукционной катушке, соединенной с конденсатором (т.е., по существу, создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и емкости). Эти опыты сыграли большую роль в развитии теории электромагнетизма.

Слайд 4. Обычно электромагнитные колебания происходят с очень большой частотой, значительно превышающей частоту механических колебаний. Поэтому для их наблюдения и исследования очень удобен электронный осциллограф. (Демонстрация прибора. Принцип его действия на анимации.)

Слайд 4. В настоящее время на смену электронным осциллографам пришли цифровые. О принципах их действия нам расскажет...

Слайд 5. Анимация “Осциллограф”

Слайд 6. Но вернёмся к электромагнитным колебаниям. Простейшей электрической системой, способной совершать свободные колебания, является последовательный RLC-контур. Колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из последовательно соединённых конденсатора электроёмкостью С, катушки индуктивностью L и электрического сопротивления R. Будем его называть последовательным RLC-контуром.

Физический эксперимент. У нас имеется цепь, схема которой изображена на рисунке 1. Присоединим к катушке гальванометр. Понаблюдаем за поведением стрелки гальванометра после переведения переключателя из положения 1 в положение2. Вы заметили, что стрелка начинает колебаться, но эти колебания в скором времени затухают. Все реальные контуры содержат электрическое сопротивление R. За каждый период колебаний часть электромагнитной энергии, запасенной в контуре, превращается в джоулево тепло, и колебания становятся затухающими. Рассматривается график затухающих колебаний.

Как же происходят свободные колебания в колебательном контуре?

Рассмотрим случай, когда сопротивление R=0 (модель идеального колебательного контура). Какие же процессы происходят в колебательном контуре?

Слайд 7. Анимация “Колебательный контур”.

Как мы видим зависимость заряда на обкладках конденсатора от времени имеет такой же вид, как зависимость координаты тела, совершающего гармонические колебания.

Сейчас введём формулу циклической частоты колебательного контура

III. Физкультминутка

IV. Закрепление материала.

Теперь рассмотрим несколько задач:

Тест А2: №1, 2, 3, 4.

V Домашнее задание.

§25, тест А1, №1-3.

VI Рефлексия:

Если период колебания равен 1 секунда, в какой момент времени заряд конденсатора будет максимален. Ответ (0с, 0.5с,1 с)