Prezentace „Oscilační obvod. Elektromagnetické vibrace. Princip radiokomunikací a televize“ prezentace na hodinu fyziky (9. ročník) na dané téma. Oscilační obvod Prezentace z fyziky Oscilační obvod 9. ročníku

Chcete-li používat náhledy prezentací, vytvořte si účet Google a přihlaste se k němu: https://accounts.google.com

Popisky snímků:

Oscilační obvod. Elektromagnetické vibrace. Princip radiokomunikací a televize Lekce č. 51

Elektromagnetické kmity jsou periodické změny v čase elektrických a magnetických veličin (náboj, proud, napětí, napětí, magnetická indukce atd.) v elektrickém obvodu. Jak je známo, aby se vytvořila silná elektromagnetická vlna, která by mohla být zaznamenána přístroji na velké vzdálenosti od vysílací antény, je nutné, aby frekvence vlny byla alespoň 0,1 MHz.

Jednou z hlavních částí generátoru je oscilační obvod - jedná se o oscilační systém skládající se z cívky o indukčnosti L zapojené do série, kondenzátoru s kapacitou C a rezistoru s odporem R.

Poté, co vynalezli Leydenskou nádobu (první kondenzátor) a naučili se, jak jí předat velký náboj pomocí elektrostatického stroje, začali studovat elektrický výboj nádoby. Uzavřením obložení Leydenské nádoby cívkou zjistili, že ocelové paprsky uvnitř cívky byly zmagnetizovány. Zvláštní bylo, že nebylo možné předpovědět, který konec jádra cívky bude severní pól a který jižní. Nebylo okamžitě pochopeno, že když je kondenzátor vybíjen cívkou, dochází v elektrickém obvodu k oscilacím.

Perioda volných kmitů je rovna vlastní periodě oscilačního systému, v tomto případě periodě obvodu. Vzorec pro určení periody volných elektromagnetických kmitů získal anglický fyzik William Thomson v roce 1853.

Obvod Popovova vysílače je vcelku jednoduchý - jde o oscilační obvod, který se skládá z indukčnosti (sekundární vinutí cívky), napájené baterie a kapacity (jiskřiště). Pokud stisknete klávesu, v jiskřišti cívky přeskočí jiskra, která způsobí elektromagnetické oscilace v anténě. Anténa je otevřený vibrátor a vysílá elektromagnetické vlny, které po dosažení antény přijímací stanice v ní vybudí elektrické oscilace.

K registraci přijatých vln použil Alexander Stepanovič Popov speciální zařízení - koherer (z latinského slova „koherence“ - soudržnost), sestávající ze skleněné trubice obsahující kovové piliny. 24. března 1896 byla pomocí Morseovy abecedy přenesena první slova – „Heinrich Hertz“.

Moderní rozhlasové přijímače se sice Popovovu přijímači podobají jen velmi málo, ale základní principy jejich fungování jsou stejné.

Hlavní závěry: – Oscilační obvod je oscilační systém skládající se z cívky, kondenzátoru a aktivního odporu zapojených do série. – Volné elektromagnetické kmity jsou kmity, ke kterým dochází v ideálním oscilačním obvodu v důsledku vynaložení energie předané tomuto obvodu, která není následně doplňována. – Dobu volných elektromagnetických oscilací lze vypočítat pomocí Thomsonova vzorce. – Z tohoto vzorce vyplývá, že perioda oscilačního obvodu je určena parametry jeho základních prvků: indukčností cívky a kapacitou kondenzátoru. – Rádiová komunikace je proces přenosu a příjmu informací pomocí elektromagnetických vln. – Amplitudová modulace je proces změny amplitudy vysokofrekvenčních kmitů s frekvencí rovnou frekvenci zvukového signálu. – Opačný proces modulace se nazývá detekce.

"Volné oscilace" - Netlumené oscilace. Volné elektromagnetické oscilace. Kde i a q jsou síla proudu a elektrický náboj v libovolném čase. Podle zákona elektromagnetické indukce: Celková elektromagnetická energie oscilačního obvodu. Počet kmitů za jednotku času se nazývá kmitočet kmitů: Celková energie.

„Mechanická rezonance“ - 1. Řetěz egyptského mostu v Petrohradě. Rezonance v technologii. 3. Mexico City 1985 Visutý most Tacoma. Kladná hodnota rezonance Měřič frekvence. 2. Státní vzdělávací ústav Gymnázium č. 363 okresu Frunzenského. Mechanický jazýčkový měřič frekvence je zařízení pro měření frekvence vibrací.

„Kmitočet vibrací“ - Zvukové vlny. Zamyslíme se???? Infrazvuk se používá ve vojenských záležitostech, rybolovu atd. Může se zvuk šířit v plynech, kapalinách a pevných látkách? Co určuje hlasitost zvuku? Na čem závisí výška zvuku? Rychlost zvuku. Ultrazvuk. V tomto případě jsou patrné vibrace zdroje zvuku.

"Mechanické vibrace" - Příčné. Graf pružinového kyvadla. Oscilační pohyb. Volný, uvolnit. Podélný. "Vibrace a vlny." Harmonický. Volné vibrace. Vlny jsou šířením vibrací v prostoru v čase. Vyplnila: studentka 11. třídy „A“ Julia Oleynikova. Nucené vibrace. Vlny. Matematické kyvadlo.

Zpět dopředu

Pozornost! Náhledy snímků mají pouze informativní charakter a nemusí představovat všechny funkce prezentace. Pokud vás tato práce zaujala, stáhněte si prosím plnou verzi.

Cíle lekce:

vzdělávací: zavést pojmy: „elektromagnetické oscilace“, „oscilační obvod“; ukázat univerzálnost základních zákonů oscilačních procesů pro oscilace libovolné fyzikální povahy; ukázat, že oscilace v ideálním obvodu jsou harmonické; odhalit fyzikální význam charakteristik vibrací;
rozvíjející se: rozvoj kognitivních zájmů, intelektuálních a tvůrčích schopností v procesu osvojování znalostí a dovedností ve fyzice s využitím různých zdrojů informací, včetně moderních informačních technologií; rozvoj dovedností pro hodnocení spolehlivosti přírodovědných informací;
vzdělávací: podpora důvěry v možnost poznat přírodní zákony; využití výdobytků fyziky ve prospěch rozvoje lidské civilizace; nutnost spolupráce v procesu společného plnění úkolů, připravenost k morálnímu a etickému posuzování využívání vědeckých úspěchů a smysl pro odpovědnost za ochranu životního prostředí.

Během vyučování

I. Organizační moment.

V dnešní lekci začínáme studovat novou kapitolu učebnice a tématem dnešní lekce je „Elektromagnetické kmity. Oscilační obvod."

II. Kontrola domácích úkolů.

Začněme naši lekci kontrolou vašich domácích úkolů.

Snímek 2 Test na opakování látky a kurzu pro 10. ročník.

Byli jste požádáni, abyste odpověděli na otázky týkající se diagramu zobrazeného na obrázku.

1. V jaké poloze tlačítka SA2 bude neonová lampa blikat při otevření klíče SA1?

2. Proč neonová lampa nebliká, když je klíč SA1 zavřený, bez ohledu na to, v jaké poloze je přepínač SA2?

Test se provádí na počítači. Jeden ze studentů mezitím sestavuje schéma.

Odpovědět. Neonová lampa bliká ve druhé poloze spínače SA2: po rozepnutí spínače SA1 v důsledku jevu samoindukce protéká cívkou proud klesající k nule, kolem cívky je vybuzeno střídavé magnetické pole, které vytváří vír elektrické pole, které po krátkou dobu udržuje pohyb elektronů v cívce. Druhou diodou (je zapojena v propustném směru) poteče po horní části obvodu krátkodobě proud. V důsledku samoindukce v cívce se při otevření okruhu objeví na jeho koncích potenciálový rozdíl (samoindukční emf), dostatečný k udržení výboje plynu ve výbojce.

Při sepnutém klíčku SA1 (klíč SA2 je v poloze 1) napětí stejnosměrného zdroje nestačí k udržení výboje plynu v svítilně, takže se nerozsvítí.

Pojďme zkontrolovat, zda jsou vaše předpoklady správné. Navrhované schéma je sestaveno. Podívejme se, co se stane s neonovou lampou, když se spínač SA1 sepne a rozepne v různých polohách spínače SA2.

(Test je sestaven v programu MyTest. Skóre přiděluje program).

Soubor pro spuštění programu MyTest (umístěný ve složce s prezentací)

Test. (Spusťte program MyTest, otevřete soubor „Test“, stiskněte klávesu F5 pro spuštění testu)

III. Učení nového materiálu.

Snímek 3. Vyjádření problému: Připomeňme si, co víme o mechanických vibracích? (Pojem volných a vynucených kmitů, vlastních kmitů, rezonance atd.) Volné kmity se mohou vyskytovat v elektrických obvodech, ale i v mechanických systémech, jako je zatížení pružiny nebo kyvadla. V dnešní lekci začneme studovat takové systémy. Téma dnešní lekce: „Elektromagnetické kmity. Oscilační obvod."

Cíle lekce

Představme si pojmy: „elektromagnetické oscilace“, „oscilační obvod“;
ukážeme si univerzálnost základních zákonů oscilačních procesů pro oscilace libovolné fyzikální povahy;
ukážeme, že oscilace v ideálním obvodu jsou harmonické;
Odhalme fyzikální význam charakteristik vibrací.

Nejprve si připomeňme, jaké vlastnosti musí mít systém, aby v něm docházelo k volným oscilacím.

(V oscilačním systému by měla vzniknout vratná síla a energie by měla být přeměněna z jednoho typu na druhý; tření v systému by mělo být poměrně malé.)

V elektrických obvodech, stejně jako v mechanických systémech, jako je zatížení pružiny nebo kyvadla, může docházet k volným vibracím.

Jaké kmity se nazývají volné kmity? (kmity, ke kterým dochází v systému poté, co je odstraněn z rovnovážné polohy) Jaké kmity se nazývají vynucené kmity? (oscilace, ke kterým dochází pod vlivem vnějších periodicky se měnících EMF)

Periodické nebo téměř periodické změny náboje, proudu a napětí se nazývají elektromagnetické oscilace.

Snímek 4. Poté, co vynalezli Leydenskou nádobu a naučili se, jak jí předat velký náboj pomocí elektrostatického stroje, začali studovat elektrický výboj nádob. Uzavřením obložení Leydenské nádoby pomocí drátové cívky zjistili, že ocelové paprsky uvnitř cívky byly zmagnetizovány, ale nebylo možné předpovědět, který konec jádra cívky bude severním pólem a který jižním pólem. . Významnou roli v teorii elektromagnetických kmitů sehrál německý vědec 19. století HELMHOLTZ Hermann Ludwig Ferdinand. Je nazýván prvním lékařem mezi vědci a prvním vědcem mezi lékaři. Studoval fyziku, matematiku, fyziologii, anatomii a psychologii a v každé z těchto oblastí dosáhl celosvětového uznání. Když Helmholtz upozornil na oscilační povahu výboje v Leydenské nádobě, v roce 1869 ukázal, že podobné oscilace se vyskytují v indukční cívce spojené s kondenzátorem (tj. v podstatě vytvořil oscilační obvod sestávající z indukčnosti a kapacity). Tyto experimenty hrály hlavní roli ve vývoji teorie elektromagnetismu.

Snímek 4. Obvykle se elektromagnetické vibrace vyskytují na velmi vysoké frekvenci, která výrazně převyšuje frekvenci mechanických vibrací. Proto je pro jejich pozorování a studium velmi vhodný elektronický osciloskop. (Ukázka zařízení. Princip jeho činnosti v animaci.)

Snímek 4. V současné době byly elektronické osciloskopy nahrazeny digitálními. Prozradí nám principy jejich fungování...

Snímek 5. Animace "Osciloskop"

Snímek 6. Ale vraťme se k elektromagnetickým oscilacím. Nejjednodušší elektrický systém schopný volných oscilací je sériový RLC obvod. Oscilační obvod je elektrický obvod tvořený sériově zapojeným kondenzátorem o elektrické kapacitě C, cívkou s indukčností L a elektrickým odporem R. Budeme jej nazývat sériový RLC obvod.

Fyzikální experiment. Máme obvod, jehož schéma je na obrázku 1. K cívce připojíme galvanometr. Sledujme chování jehly galvanometru po přesunutí přepínače z polohy 1 do polohy 2. Všimnete si, že jehla začíná kmitat, ale tyto oscilace brzy utichnou. Všechny skutečné obvody obsahují elektrický odpor R. Během každé periody oscilace se část elektromagnetické energie uložené v obvodu přemění na Jouleovo teplo a oscilace se utlumí. Uvažuje se graf tlumených kmitů.

Jak vznikají volné kmity v oscilačním obvodu?

Uvažujme případ, kdy odpor R=0 (model ideálního oscilačního obvodu). Jaké procesy probíhají v oscilačním obvodu?

Snímek 7. Animace „Oscilační obvod“.

Snímek 8. Přejděme ke kvantitativní teorii procesů v oscilačním obvodu.

Zvažte sériový obvod RLC. Když je přepínač K v poloze 1, kondenzátor se nabije na napětí . Po přepnutí klíčku do polohy 2 začíná proces vybíjení kondenzátoru přes rezistor R a induktor L. Za určitých podmínek může mít tento proces oscilační charakter.

Ohmův zákon pro uzavřený RLC obvod, který neobsahuje externí zdroj proudu, je zapsán jako

kde je napětí na kondenzátoru, q je náboj kondenzátoru, – proud v obvodu. Na pravé straně tohoto vztahu je samoindukční emf cívky. Pokud jako proměnnou zvolíme náboj kondenzátoru q(t), pak rovnici popisující volné kmitání v RLC obvodu můžeme zredukovat do následující podoby:

Uvažujme případ, kdy v obvodu nedochází ke ztrátám elektromagnetické energie (R = 0). Představme si notaci: . Pak

(*)

Rovnice (*) je základní rovnice, která popisuje volné oscilace v LC obvodu (ideální oscilační obvod) bez tlumení. Vzhledově se přesně shoduje s rovnicí volných kmitů zatížení pružiny nebo závitu v nepřítomnosti třecích sil.

Tuto rovnici jsme si zapsali při studiu tématu „Mechanické vibrace“.

Při absenci tlumení jsou volné kmity v elektrickém obvodu harmonické, to znamená, že k nim dochází podle zákona

q(t) = qmcos(0t + 0).

Proč? (Protože se jedná o jedinou funkci, jejíž druhá derivace je rovna funkci samotné. Navíc cos0 = 1, což znamená q(0) = q m)

Amplituda kmitů náboje q m a počáteční fáze 0 jsou určeny počátečními podmínkami, tedy způsobem, jakým byl systém vyveden z rovnováhy. Zejména pro oscilační proces, který začne v obvodu znázorněném na obrázku 1, po přepnutí klíče K do polohy 2, q m = C, 0 = 0.

Potom bude mít tvar rovnice harmonických kmitů náboje pro náš obvod

q(t) = qm cos 0t.

Proud také provádí harmonické oscilace:

Snímek 9. Kde je amplituda kolísání proudu. Proudové oscilace jsou ve fázi před oscilacemi náboje.

Při volných kmitech dochází k periodické přeměně elektrické energie W e uložené v kondenzátoru na magnetickou energii W m cívky a naopak. Pokud nedojde k žádné ztrátě energie v oscilačním obvodu, pak celková elektromagnetická energie systému zůstane nezměněna:

Snímek 9. Parametry L a C oscilačního obvodu určují pouze vlastní frekvenci volných kmitů

Vzhledem k tomu , dostáváme .

Snímek 9. Vzorec nazval Thomsonův vzorec anglický fyzik William Thomson (Lord Kelvin), který jej v roce 1853 odvodil.

Je zřejmé, že perioda elektromagnetických kmitů závisí na indukčnosti cívky L a kapacitě kondenzátoru C. Máme cívku, jejíž indukčnost lze zvýšit pomocí železného jádra, a proměnný kondenzátor. Nejprve si připomeňme, jak můžete změnit kapacitu takového kondenzátoru. Dovolte mi, abych vám připomněl, že toto je materiál kurzu 10. třídy.

Variabilní kondenzátor se skládá ze dvou sad kovových desek. Při otáčení rukojetí zapadnou desky jedné sady do mezer mezi deskami druhé sady. V tomto případě se kapacita kondenzátoru mění v poměru ke změně oblasti překrývající se části desek. Pokud jsou desky zapojeny paralelně, pak zvětšením plochy desek zvýšíme kapacitu každého kondenzátoru, což znamená, že se zvýší kapacita celé banky kondenzátorů. Když jsou kondenzátory zapojeny do série v baterii, zvýšení kapacity každého kondenzátoru znamená snížení kapacity kondenzátorové baterie.

Podívejme se, jak závisí doba elektromagnetických kmitů na kapacitě kondenzátoru C a indukčnosti cívky L.

Snímek 9. Animace „Závislost periody elektromagnetických kmitů na L a C“

Snímek 10. Porovnejme nyní elektrické kmity a kmity zátěže na pružině. Otevřete stranu 85 učebnice, obrázek 4.5.

Na obrázku jsou uvedeny grafy změn náboje q (t) kondenzátoru a posunutí x (t) zátěže z rovnovážné polohy a dále grafy proudu I (t) a rychlosti zátěže. proti(t) pro jednu periodu T kmitů.

Na vašich stolech máte tabulku, kterou jsme vyplnili při studiu tématu „Mechanické vibrace“. Dodatek 2

Dokončili jste jeden řádek této tabulky. Pomocí obrázku 2, odstavce 29 učebnice a obrázku 4.5 na straně 85 učebnice vyplňte zbývající řádky tabulky.

Jak jsou procesy volných elektrických a mechanických vibrací podobné? Podívejme se na následující animaci.

Snímek 11. Animace „Analogie mezi elektrickými a mechanickými vibracemi“

Získaná srovnání volných kmitů zátěže na pružině a procesů v elektrickém oscilačním obvodu nám umožňují vyvodit závěr o analogii mezi elektrickými a mechanickými veličinami.

Snímek 12. Tyto analogie jsou uvedeny v tabulce. Dodatek 3.

Stejná tabulka je k dispozici na vašich stolech a ve vaší učebnici na straně 86.

Takže jsme zvážili teoretickou část. Bylo vám vše jasné? Možná má někdo otázky?

Nyní přejděme k řešení problémů.

IV. Tělesná výchova minuta.

V. Konsolidace studovaného materiálu.

Řešení problému:

úlohy 1, 2, úlohy části A č. 1, 6, 8 (ústně);
úlohy č. 957 (odpověď 5,1 μH), č. 958 (odpověď se sníží 1,25krát) (u tabule);
úkolová část B (ústně);
úkol č. 1 části C (u tabule).

Úlohy jsou převzaty ze sbírky úloh pro ročníky 10-11 od A.P. Rymkevič a dodatky 10. Dodatek 4.

VI. Odraz.

Žáci vyplní reflexní kartičku.

VII. Shrnutí lekce.

Bylo dosaženo cílů lekce? Shrnutí lekce. Hodnocení studenta.

VIII. Zadání domácího úkolu.

Odstavce 27 – 30, č. 959, 960, zbývající úkoly z přílohy 10.

Literatura:

Kurz multimediální fyziky „Otevřená fyzika“ verze 2.6 editovaný profesorem MIPT S.M. Koza.
Kniha úloh pro ročníky 10–11. A.P. Rymkevič, Moskva „Osvícení“, 2012.
Fyzika. Učebnice pro 11. ročník všeobecně vzdělávacích institucí. G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev, V.M. Charugin. Moskva "Osvícení", 2011.
Elektronická příloha k učebnici G.Ya.Myakisheva, B.B. Bukhovceva, V.M. Charugina. Moskva "Osvícení", 2011.
Elektromagnetická indukce. Kvalitativní (logické) úkoly. 11. ročník, profil fyziky a matematiky. CM. Novikov. Moskva "Chistye Prudy", 2007. Knihovna „První září“. Série "Fyzika". Vydání 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S. Pokud není možné zajistit každému studentovi počítač, lze test zadat písemně.

Dochází k výkyvům

mechanické, elektromagnetické, chemické, termodynamické

a různé další. Navzdory takové rozmanitosti mají všichni mnoho společného.

Magnetické pole

generované elektrickým proudem

hlavní fyzikální charakteristikou je magnetická indukce

Elektrické pole

generuje s nabíjením

hlavní fyzická vlastnost -

síla pole

jedná se o periodické nebo téměř periodické změny náboje q, síla proudu já a napětí U .

Typy oscilací

systémy

Matematický

kyvadlo

Jaro

kyvadlo

Typy oscilací

systémy

Matematický

kyvadlo

Jaro

kyvadlo

Oscilační

Obvod

Schéma činnosti tlumiče

Schematické znázornění typů oscilačních systémů

Matematické kyvadlo

Pružinové kyvadlo

Jedná se o nejjednodušší systém, ve kterém může docházet k elektromagnetickým oscilacím, sestávající z kondenzátoru a cívky připojené k jeho deskám.

Podle povahy procesů způsobujících oscilační pohyby

Typy oscilací

hnutí

Dostupný

Vynucený

Oscilační systém je ponechán svému osudu, dochází k tlumeným kmitům z důvodu počáteční energetické rezervy.

Oscilace vznikají v důsledku vnějších, periodicky se měnících sil.

Volné oscilace jsou oscilace v systému, ke kterým dochází poté, co je odstraněn z rovnovážného stavu.

Vynucené kmity se nazývají kmity v obvodu pod vlivem vnějšího periodického EMF.

Aby se systém dostal z rovnováhy, je nutné dodat kondenzátoru dodatečný náboj.

Původ EMF: na elektrony pohybující se spolu s vodiči rámu působí síla z magnetického pole, což způsobuje změnu magnetického toku a tím i indukovaného emf.