- Учителю
- Конспект урока по физике 'Гармонические колебания. Уравнение электромагнитных гармонических колебаний'
Конспект урока по физике 'Гармонические колебания. Уравнение электромагнитных гармонических колебаний'
Тема. Гармонические колебания. Уравнение электромагнитных гармонических колебаний
Цели урока: осуществить фронтальный опрос по проверке знаний учащимися ранее изученного материала; провести аналогию при записи основного уравнения электромагнитных колебаний; записать законы изменения заряда, силы тока и напряжения; формировать навыки решения задач с использованием основных понятий темы; развивать память, научное мышление учащихся, речь; воспитывать самостоятельность, аккуратность, трудолюбие.
Тип урока: комбинированный
Ход урока
-
Организационный момент
-
Фронтальный опрос по пройденному материалу
-
Что называют электромагнитными колебаниями?
-
Где могут возникать электромагнитные колебания?
-
Что представляет собой простейший колебательный контур?
-
Изобразить схему простейшего колебательного контура
-
Как можно зарядить конденсатор? Изобразить простейшую схему зарядки конденсатора
-
Рассказать, какие процессы происходят в колебательном контуре через каждую четверть периода
-
Какие электромагнитные величины изменяются с течением времени?
-
Какие превращения энергии происходят в колебательном контуре?
-
Как определить энергию электрического поля конденсатора? Записать формулу
-
Как определить энергию магнитного поля поля конденсатора? Записать формулу
-
Изменяется ли энергия электромагнитного поля?
-
Что называют периодом электромагнитного колебания, и в каких единицах он измеряется?
-
От чего зависит период электромагнитных колебаний?
-
Записать формулу периода
-
Что называют собственной частотой электромагнитных колебаний, и в каких единицах она измеряется?
-
Записать формулу собственной частоты колебаний
-
Что такое циклическая частота колебаний, и в каких единицах она измеряется?
-
Как циклическая частота связана с периодом и собственной частотой колебаний?
-
Как обозначается индуктивность катушки, единицы измерения?
-
Как обозначается ёмкость конденсатора, единицы измерения?
-
Что нужно для того, чтобы электромагнитные колебания не затухали?
-
-
Постановка темы урока
При электромагнитных колебаниях происходят периодические изменения электрического заряда, силы тока и напряжения. Для того, чтобы рассчитать мгновенные значения этих величин в данный момент времени, нужно иметь уравнения, описывающие свободные электромагнитные колебания этих величин. Тема сегодняшнего урока: «Гармонические колебания. Уравнение электромагнитных гармонических колебаний».
-
Изложение нового материала
Подобно тому как координата при механических колебаниях (в случае, когда в начальный момент времени отклонение тела маятника от положения равновесия максимально) изменяется со временем по гармоническому закону:
х = хm cos
заряд конденсатора меняется с течением времени по такому же закону:
q = qm cos,
где q - мгновенное значение электрического заряда
qm - амплитуда колебаний заряда
- циклическая частота колебаний
t - определённый момент времени
Сила тока также совершает гармонические колебания:
i = = - = Im ,
где Im = qm - амплитуда колебаний силы тока.
Колебания силы тока опережают по фазе на колебания заряда.
Точно так же колебания скорости тела в случае пружинного или математического маятника опережают на колебания координаты (смещения) этого тела.
В действительности, из-за неизбежного наличия сопротивления электрической цепи, колебания будут затухающими. Сопротивление R также будет влиять и на период колебаний, чем больше сопротивление R, тем большим будет период колебаний. При достаточно большом сопротивлении колебания совсем не возникнут. Конденсатор разрядится, но перезарядки его не произойдет, энергия электрического и перейдет в тепло.
Уравнение колебаний напряжения
u = = = - Um , где Um = .
Период и частота не зависят от амплитуды колебаний и полностью определяются параметрами колебательной системы (L и C):
Т = ;
Т = ;
5. Закрепление новой темы. Решение задач
-
Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура?
2. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=444 пФ и катушка
индуктивностью L=4мГн. На какую частоту настроен контур?
-
Как изменится период и частота колебаний в контуре, если индуктивность увеличить в 4 раза, а емкость - в 16 раз?
-
Сила тока в цепи переменного тока меняется со временем по закону i =20 Cos 100πt. Определить характеристики колебательной системы и построить график данного колебательного процесса.
Решение.
1.Выясним сначала, какой это вид колебаний.
Гармонические колебания.
2.Запишем уравнение в общем виде: i = Imcos ωt
3.Проводим сравнение общего уравнения с данным.
Увидели, что Im = 20А, а ω = 100π.
4. Для построения графика нужны следующие величины: Im и T.
Im мы уже нашли, а теперь найдём T, используя формулу T = : T = .
5.Теперь выберем и построим оси координат; одна - время, вторая - переменный ток.
Обязательно нужно выбрать правильно масштаб.
6. Давайте вспомним, как выглядит график функции y = сos x. Зная из курса алгебры промежутки возрастания и убывания функции y = сos x, мы построим схематически график.
T = 0,02с.
7.Проведем плавную линию.
Итак, мы построили график колебаний по уравнению i =20 сos 100πt. Рисунок 1.
Ребята, давайте подчеркнём основные этапы, т.е. проговорим алгоритм решения такого типа задач.
Алгоритм:
-
Сравниваем конкретное уравнение с уравнением в общем виде.
-
Определяем характеристики колебательной системы и обозначаем их: Im, T, ω.
-
Выбираем масштаб, строим и обозначаем оси.
-
Показываем значение периода, полупериода, значение максимального тока в характерных точках. Схематично проводим график по аналогии с y = сosx.
-
Применяем формулы конкретного вида сопротивления и закона Ома.
6. Итог урока
Заряд конденсатора меняется с течением времени по такому же закону: q = qm cos
сила тока по закону: i = = - Im, где Im=
напряжение по закону: u = = = - Um , где Um = .
7. Домашнее задание: § 42 (читать), выучить конспект, решить задачи 979, 980 (Р.)