Презентация „Тептящ кръг. Електромагнитни вибрации. Принцип на радиокомуникациите и телевизията” презентация към урок по физика (9 клас) по темата. Трептителен кръг Презентации по физика 9 клас трептителен кръг

За да използвате визуализации на презентации, създайте акаунт в Google и влезте в него: https://accounts.google.com

Надписи на слайдове:

Осцилаторна верига. Електромагнитни вибрации. Принципът на радиокомуникациите и телевизията Урок № 51

Електромагнитните трептения са периодични промени във времето в електрически и магнитни величини (заряд, ток, напрежение, напрежение, магнитна индукция и т.н.) в електрическа верига. Както е известно, за да се създаде мощна електромагнитна вълна, която може да бъде записана от инструменти на големи разстояния от излъчващата антена, е необходимо честотата на вълната да бъде поне 0,1 MHz.

Една от основните части на генератора е осцилаторната верига - това е осцилаторна система, състояща се от последователно свързана намотка с индуктивност L, кондензатор с капацитет C и резистор със съпротивление R.

След като изобретяват Лайденския буркан (първия кондензатор) и се научават как да му придадат голям заряд с помощта на електростатична машина, те започват да изучават електрическия разряд на буркана. Затваряйки облицовките на лайденски буркан с намотка, те откриват, че стоманените спици вътре в намотката са намагнетизирани. Странното беше, че беше невъзможно да се предвиди кой край на сърцевината на бобината ще бъде северният полюс и кой южният. Не беше веднага разбрано, че когато кондензаторът се разреди през намотка, в електрическата верига възникват трептения.

Периодът на свободните трептения е равен на собствения период на трептящата система, в случая периодът на веригата. Формулата за определяне на периода на свободните електромагнитни трептения е получена от английския физик Уилям Томсън през 1853 г.

Схемата на предавателя на Попов е доста проста - това е колебателна верига, която се състои от индуктивност (вторичната намотка на бобината), захранвана батерия и капацитет (искрова междина). Ако натиснете клавиша, в искровия процеп на бобината прескача искра, причинявайки електромагнитни трептения в антената. Антената е отворен вибратор и излъчва електромагнитни вълни, които при достигане на антената на приемната станция възбуждат електрически трептения в нея.

За да регистрира получените вълни, Александър Степанович Попов използва специално устройство - кохерер (от латинската дума "coherence" - сцепление), състоящо се от стъклена тръба, съдържаща метални стружки. На 24 март 1896 г. първите думи са предадени с морзовата азбука - "Хайнрих Херц".

Въпреки че съвременните радиоприемници много малко приличат на приемника на Попов, основните принципи на тяхната работа са същите.

Основни изводи: – Осцилаторният кръг е колебателна система, състояща се от последователно свързани намотка, кондензатор и активно съпротивление. – Свободните електромагнитни трептения са трептения, които възникват в идеална осцилаторна верига поради изразходването на енергия, предадена на тази верига, която впоследствие не се попълва. – Периодът на свободните електромагнитни трептения може да се изчисли по формулата на Томсън. – От тази формула следва, че периодът на трептящия кръг се определя от параметрите на съставните му елементи: индуктивността на намотката и капацитета на кондензатора. – Радиокомуникацията е процес на предаване и получаване на информация с помощта на електромагнитни вълни. – Амплитудна модулация е процесът на промяна на амплитудата на високочестотните трептения с честота, равна на честотата на звуковия сигнал. – Обратният процес на модулация се нарича детекция.

“Свободни трептения” - Незатихващи трептения. Свободни електромагнитни трептения. Където i и q са силата на тока и електрическия заряд по всяко време. Според закона за електромагнитната индукция: Общата електромагнитна енергия на колебателната верига. Броят на трептенията за единица време се нарича честота на трептене: Обща енергия.

“Механичен резонанс” - 1. Верига на Египетския мост в Санкт Петербург. Резонанс в технологиите. 3. Мексико Сити 1985 г Висящ мост Такома. Стойност на положителен резонанс Честотомер. 2. Държавна образователна институция Гимназия № 363 на Фрунзенски район. Механичният честотомер е устройство за измерване на честотата на вибрациите.

“Честота на вибрация” - звукови вълни. Нека да помислим???? Инфразвук се използва във военното дело, риболов и др. Може ли звукът да се разпространява в газове, течности и твърди вещества? Какво определя силата на звука? От какво зависи височината на звука? Скорост на звука. Ултразвук. В този случай вибрациите на източника на звук са очевидни.

“Механични вибрации” - Напречни. Графика на пружинно махало. Осцилаторно движение. Безплатно. Надлъжно. „Вибрации и вълни“. Хармоничен. Безплатни вибрации. Вълните са разпространението на вибрации в пространството във времето. Изпълнител: ученичка от 11 клас „А” Юлия Олейникова. Принудителни вибрации. Вълни. Математическо махало.

Назад напред

внимание! Визуализациите на слайдове са само за информационни цели и може да не представят всички характеристики на презентацията. Ако се интересувате от тази работа, моля, изтеглете пълната версия.

Цели на урока:

образователен: въведе понятията: „електромагнитни трептения“, „трептителна верига“; показват универсалността на основните закони на колебателните процеси за колебания от всякаква физическа природа; показват, че трептенията в идеална верига са хармонични; разкриват физическия смисъл на характеристиките на вибрациите;
развиващи се: развитие на познавателни интереси, интелектуални и творчески способности в процеса на усвояване на знания и умения по физика с използване на различни източници на информация, включително съвременни информационни технологии; развиване на умения за оценка на достоверността на природонаучната информация;
образователен: възпитаване на увереност във възможността за познаване на законите на природата; използване на постиженията на физиката в полза на развитието на човешката цивилизация; необходимостта от сътрудничество в процеса на съвместно изпълнение на задачите, готовност за морална и етична оценка на използването на научните постижения и чувство за отговорност за опазване на околната среда.

По време на часовете

I. Организационен момент.

В днешния урок започваме да изучаваме нова глава от учебника, а темата на днешния урок е „Електромагнитни трептения. Осцилаторна верига.

II. Проверка на домашните.

Нека започнем нашия урок с проверка на домашното.

Слайд 2.Тест за преговор на материала и курса за 10 клас.

Бяхте помолени да отговорите на въпроси относно диаграмата, показана на фигурата.

1. При каква позиция на ключ SA2 ще мига неонова лампа при отваряне на ключ SA1?

2. Защо неоновата лампа не мига, когато ключът SA1 е затворен, независимо в каква позиция е ключът SA2?

Тестът се извършва на компютър. Междувременно един от учениците сглобява диаграма.

Отговор. Неоновата лампа мига във втората позиция на превключвателя SA2: след отваряне на превключвателя SA1, поради феномена на самоиндукция, в намотката протича ток, намаляващ до нула, около намотката се възбужда променливо магнитно поле, което генерира вихър електрическо поле, което за кратко време поддържа движението на електроните в намотката. Краткотраен ток ще тече по горната част на веригата през втория диод (той е свързан в посока на пропускане). В резултат на самоиндукция в бобината, когато веригата е отворена, в нейните краища ще се появи потенциална разлика (самоиндукционна емф), достатъчна за поддържане на газов разряд в лампата.

Когато ключът SA1 е затворен (ключът SA2 е в позиция 1), напрежението на източника на постоянен ток не е достатъчно, за да поддържа газоразряда в лампата, така че тя не свети.

Нека проверим дали вашите предположения са верни. Предложената схема е сглобена. Нека видим какво се случва с неонова лампа, когато превключвател SA1 е затворен и отворен на различни позиции на превключвател SA2.

(Тестът се съставя в програмата MyTest. Оценката се задава от програмата).

Файл за стартиране на програмата MyTest (намира се в папката с презентацията)

Тест. (Стартирайте програмата MyTest, отворете файла „Тест“, натиснете клавиша F5, за да стартирате теста)

III. Учене на нов материал.

Слайд 3.Постановка на проблема: Нека си припомним какво знаем за механичните вибрации? (Концепцията за свободни и принудени трептения, собствени трептения, резонанс и др.) Свободни трептения могат да се появят в електрически вериги, както и в механични системи, като товар върху пружина или махало. В днешния урок започваме да изучаваме такива системи. Темата на днешния урок: „Електромагнитни трептения. Осцилаторна верига.

Цели на урока

Да въведем понятията: „електромагнитни трептения“, „трептителна верига“;
ще покажем универсалността на основните закони на колебателните процеси за колебания от всякаква физическа природа;
ще покажем, че трептенията в идеална верига са хармонични;
Нека разкрием физическия смисъл на характеристиките на вибрациите.

Нека първо си припомним какви свойства трябва да има една система, за да възникнат свободни трептения в нея.

(В осцилаторната система трябва да възникне възстановяваща сила и енергията трябва да се преобразува от един вид в друг; триенето в системата трябва да е доста малко.)

В електрически вериги, както и в механични системи, като товар върху пружина или махало, могат да възникнат свободни вибрации.

Какви трептения се наричат свободни трептения? (трептения, които възникват в системата, след като тя бъде извадена от равновесно положение) Какви трептения се наричат принудени? (колебания, възникващи под въздействието на външни периодично променящи се ЕМП)

Периодичните или почти периодичните промени в заряда, тока и напрежението се наричат електромагнитни трептения.

Слайд 4.След като изобретиха буркана Лейден и се научиха как да му придадат голям заряд с помощта на електростатична машина, те започнаха да изучават електрическия разряд на бурканите. Чрез затваряне на облицовката на лайденски буркан с помощта на телена намотка, те откриха, че стоманените спици вътре в намотката са намагнетизирани, но беше невъзможно да се предвиди кой край на сърцевината на намотката ще бъде северният полюс и кой край ще бъде южният полюс . Значителна роля в теорията на електромагнитните трептения изигра немският учен от 19 век ХЕЛМХОЛЦ Херман Лудвиг Фердинанд. Наричан е първият лекар сред учените и първият учен сред лекарите. Той изучава физика, математика, физиология, анатомия и психология, постигайки световно признание във всяка от тези области. Обръщайки внимание на осцилаторната природа на разряда от буркана в Лейден, през 1869 г. Хелмхолц показва, че подобни трептения възникват в индукционна бобина, свързана с кондензатор (т.е. по същество той създава осцилаторна верига, състояща се от индуктивност и капацитет). Тези експерименти изиграха важна роля в развитието на теорията за електромагнетизма.

Слайд 4.Обикновено електромагнитните вибрации възникват с много висока честота, значително надвишаваща честотата на механичните вибрации. Следователно електронният осцилоскоп е много удобен за тяхното наблюдение и изучаване. (Демонстрация на устройството. Принципът на работата му в анимация.)

Слайд 4.В момента електронните осцилоскопи са заменени от цифрови. Той ще ни разкаже за принципите на тяхното действие...

Слайд 5.Анимация "Осцилоскоп"

Слайд 6.Но да се върнем към електромагнитните трептения. Най-простата електрическа система, способна на свободни трептения, е последователна RLC верига. Осцилаторна верига е електрическа верига, състояща се от последователно свързан кондензатор с електрически капацитет C, намотка с индуктивност L и електрическо съпротивление R. Ще я наричаме последователна RLC верига.

Физически експеримент. Имаме верига, чиято диаграма е показана на фигура 1. Нека свържем галванометър към намотката. Нека наблюдаваме поведението на стрелката на галванометъра след преместване на превключвателя от позиция 1 в позиция 2. Забелязвате, че иглата започва да трепти, но тези трептения скоро изчезват. Всички реални вериги съдържат електрическо съпротивление R. По време на всеки период на трептене част от електромагнитната енергия, съхранена във веригата, се преобразува в джаулова топлина и трептенията се заглушават. Разгледана е графика на затихналите трептения.

Как възникват свободните трептения в една осцилаторна верига?

Да разгледаме случая, когато съпротивлението R=0 (модел на идеален колебателен кръг). Какви процеси протичат в колебателната верига?

Слайд 7.Анимация „Тептяща верига“.

Слайд 8.Нека да преминем към количествената теория на процесите в осцилаторна верига.

Помислете за серийна RLC верига. Когато превключвателят K е в позиция 1, кондензаторът се зарежда до напрежение. След превключване на ключа в позиция 2 започва процесът на разреждане на кондензатора чрез резистор R и индуктор L. При определени условия този процес може да има колебателен характер.

Законът на Ом за затворена RLC верига, която не съдържа външен източник на ток, се записва като

където е напрежението на кондензатора, q е зарядът на кондензатора, – ток във веригата. От дясната страна на тази връзка е самоиндукционната емф на намотката. Ако изберем заряда на кондензатора q(t) като променлива, тогава уравнението, описващо свободните трептения в RLC веригата, може да бъде намалено до следната форма:

Да разгледаме случая, когато във веригата няма загуби на електромагнитна енергия (R = 0). Нека въведем обозначението: . Тогава

(*)

Уравнение (*) е основното уравнение, което описва свободните трептения в LC верига (идеална осцилаторна верига) при липса на затихване. На външен вид то точно съвпада с уравнението на свободните трептения на товар върху пружина или резба при липса на сили на триене.

Записахме това уравнение, когато изучавахме темата „Механични вибрации“.

При липса на затихване свободните трептения в електрическата верига са хармонични, т.е. възникват според закона

q(t) = q m cos( 0 t + 0).

Защо? (Тъй като това е единствената функция, чиято втора производна е равна на самата функция. Освен това cos0 = 1, което означава q(0) = q m)

Амплитудата на колебанията на заряда q m и началната фаза 0 се определят от началните условия, т.е. от начина, по който системата е била изведена от равновесие. По-специално, за процеса на трептене, който ще започне във веригата, показана на фигура 1, след превключване на ключа K в позиция 2, q m = C, 0 = 0.

Тогава уравнението на хармоничните трептения на заряда за нашата верига ще приеме формата

q(t) = q m cos 0 t.

Токът също извършва хармонични трептения:

Слайд 9.Къде е амплитудата на текущите колебания. Трептенията на тока изпреварват по фаза колебанията на заряда.

При свободни трептения има периодично преобразуване на електрическата енергия W e, съхранявана в кондензатора, в магнитната енергия W m на намотката и обратно. Ако няма загуба на енергия в осцилаторната верига, тогава общата електромагнитна енергия на системата остава непроменена:

Слайд 9.Параметрите L и C на колебателния кръг определят само собствената честота на свободните трептения

Имайки предвид това, получаваме.

Слайд 9.Формула наречена формула на Томсън, английският физик Уилям Томсън (лорд Келвин), който я извежда през 1853г.

Очевидно периодът на електромагнитните трептения зависи от индуктивността на намотката L и капацитета на кондензатора C. Имаме намотка, чиято индуктивност може да се увеличи с помощта на желязна сърцевина и променлив кондензатор. Нека първо си спомним как можете да промените капацитета на такъв кондензатор. Нека ви напомня, че това е учебен материал за 10 клас.

Променливият кондензатор се състои от два комплекта метални пластини. Когато дръжката се завърти, плочите от единия комплект влизат в пространствата между плочите от другия комплект. В този случай капацитетът на кондензатора се променя пропорционално на промяната в площта на припокриващата се част на плочите. Ако плочите са свързани паралелно, тогава чрез увеличаване на площта на плочите ще увеличим капацитета на всеки кондензатор, което означава, че капацитетът на цялата кондензаторна банка ще се увеличи. Когато кондензаторите са свързани последователно в батерия, увеличаването на капацитета на всеки кондензатор води до намаляване на капацитета на кондензаторната банка.

Нека да видим как периодът на електромагнитните трептения зависи от капацитета на кондензатора C и индуктивността на намотката L.

Слайд 9.Анимация „Зависимост на периода на електромагнитните трептения от L и C“

Слайд 10.Нека сега сравним електрическите трептения и трептенията на товар върху пружина. Отворете страница 85 от учебника, фигура 4.5.

Фигурата показва графики на промените в заряда q (t) на кондензатора и изместването x (t) на товара от равновесното положение, както и графики на тока I (t) и скоростта на натоварване v(t) за един период T на трептения.

На бюрата ви има таблица, която попълнихме, когато изучавахме темата „Механични вибрации“. Приложение 2.

Попълнихте един ред от тази таблица. Като използвате фигура 2, параграф 29 от учебника и фигура 4.5 на страница 85 от учебника, попълнете останалите редове от таблицата.

По какво си приличат процесите на свободни електрически и механични вибрации? Нека гледаме следната анимация.

Слайд 11.Анимация „Аналогия между електрически и механични вибрации“

Получените сравнения на свободните трептения на товар върху пружина и процесите в електрическа колебателна верига ни позволяват да направим заключение за аналогията между електрическите и механичните величини.

Слайд 12.Тези аналогии са представени в таблицата. Приложение 3.

Същата таблица я има на чиновете ви и в учебника ви на стр. 86.

И така, ние разгледахме теоретичната част. Всичко ясно ли ти беше? Може би някой има въпроси?

Сега да преминем към решаването на проблеми.

IV. Физкултурна минута.

V. Затвърдяване на изучения материал.

Разрешаване на проблем:

задачи 1, 2, задачи от част А № 1, 6, 8 (устно);
задачи № 957 (отговор 5,1 μH), № 958 (отговорът ще намалее с 1,25 пъти) (на дъската);
задача част Б (устно);
задача № 1 от част В (на дъската).

Задачите са взети от сборника със задачи за 10-11 клас на А.П. Римкевич и приложения 10. Приложение 4.

VI. Отражение.

Учениците попълват светлоотразителна карта.

VII. Обобщаване на урока.

Бяха ли постигнати целите на урока? Обобщаване на урока. Оценяване на учениците.

VIII. Домашна работа.

Параграфи 27 – 30, № 959, 960, останалите задачи от Приложение 10.

Литература:

Мултимедиен курс по физика „Отворена физика“ версия 2.6, редактиран от професора на MIPT S.M. Коза.
Проблемник за 10-11 клас. А.П. Римкевич, Москва „Просвещение“, 2012 г.
Физика. Учебник за 11 клас на общообразователните институции. Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин. Москва „Просвещение“, 2011 г.
Електронно допълнение към учебника на Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцева, В.М. Чаругина. Москва „Просвещение“, 2011 г.
Електромагнитна индукция. Качествени (логически) задачи. 11 клас, физико-математически профил. СМ. Новиков. Москва "Чистые пруди", 2007 г. Библиотека “Първи септември”. Серия "Физика". Брой 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S.Ако не е възможно да се осигури на всеки студент компютър, тогава тестът може да се проведе писмено.

Има колебания

механични, електромагнитни, химични, термодинамични

и различни други. Въпреки това разнообразие, всички те имат много общи неща.

Магнитно поле

генериран от електрически ток

основната физична характеристика е магнитната индукция

Електрическо поле

генерира със зареждане

основна физическа характеристика -

сила на полето

това са периодични или почти периодични смени на заряда р, сила на тока ази напрежение U .

Видове колебания

системи

Математически

махало

Пролет

махало

Видове колебания

системи

Математически

махало

Пролет

махало

Осцилаторна

Верига

Работна схема на амортисьора

Схематично представяне на видовете трептителни системи

Математическо махало

Пружинно махало

Това е най-простата система, в която могат да възникнат електромагнитни трептения, състояща се от кондензатор и намотка, свързана към неговите плочи.

Според характера на процесите, предизвикващи колебателни движения

Видове колебания

движение

На разположение

Принуден

Осцилаторната система е оставена на собственото си устройство, възникват затихващи трептения поради първоначалния резерв на енергия.

Трептенията възникват поради външни, периодично променящи се сили.

Свободните трептения са трептения в системата, които възникват след изваждането й от състояние на равновесие.

Принудените трептения се наричат трептения във верига под въздействието на външен периодичен ЕМП.

За да изведете системата от равновесие, е необходимо да придадете допълнителен заряд на кондензатора.

Произход на ЕМП: електроните, движещи се заедно с проводниците на рамката, се въздействат от сила от магнитното поле, причинявайки промяна в магнитния поток и съответно индуцираната ЕМП.