Prezentacja „Obwód oscylacyjny. Wibracje elektromagnetyczne. Zasada radiokomunikacji i telewizji” prezentacja na lekcję fizyki (klasa IX) na ten temat. Obwód oscylacyjny Prezentacje z fizyki Obwód oscylacyjny dla klasy 9

Aby skorzystać z podglądu prezentacji utwórz konto Google i zaloguj się na nie: https://accounts.google.com

Podpisy slajdów:

Obwód oscylacyjny. Wibracje elektromagnetyczne. Zasada radiokomunikacji i telewizji Lekcja nr 51

Oscylacje elektromagnetyczne to okresowe zmiany w czasie wielkości elektrycznych i magnetycznych (ładunek, prąd, napięcie, napięcie, indukcja magnetyczna itp.) w obwodzie elektrycznym. Jak wiadomo, aby wytworzyć potężną falę elektromagnetyczną, którą mogłyby zarejestrować przyrządy w dużych odległościach od anteny nadawczej, konieczne jest, aby częstotliwość fali wynosiła co najmniej 0,1 MHz.

Jedną z głównych części generatora jest obwód oscylacyjny - jest to układ oscylacyjny składający się z cewki o indukcyjności L połączonej szeregowo, kondensatora o pojemności C i rezystora o rezystancji R.

Po wynalezieniu słoika Leydena (pierwszego kondensatora) i nauczeniu się, jak przekazać mu duży ładunek za pomocą maszyny elektrostatycznej, zaczęli badać wyładowanie elektryczne słoika. Zamykając wyściółkę słoika lejdeńskiego cewką, odkryli, że stalowe szprychy wewnątrz cewki były namagnesowane. Dziwne było to, że nie można było przewidzieć, który koniec rdzenia cewki będzie biegunem północnym, a który południowym. Nie od razu zrozumiano, że gdy kondensator jest rozładowywany przez cewkę, w obwodzie elektrycznym występują oscylacje.

Okres swobodnych oscylacji jest równy okresowi naturalnemu układu oscylacyjnego, w tym przypadku okresowi obwodu. Wzór na określenie okresu swobodnych oscylacji elektromagnetycznych uzyskał angielski fizyk William Thomson w 1853 roku.

Obwód nadajnika Popowa jest dość prosty - jest to obwód oscylacyjny, który składa się z indukcyjności (uzwojenia wtórnego cewki), zasilanego akumulatora i pojemności (iskiernika). Po naciśnięciu klawisza w iskierniku cewki przeskakuje iskra, powodując drgania elektromagnetyczne w antenie. Antena jest wibratorem otwartym i emituje fale elektromagnetyczne, które po dotarciu do anteny stacji odbiorczej wzbudzają w niej drgania elektryczne.

Aby zarejestrować odbierane fale, Aleksander Stepanowicz Popow użył specjalnego urządzenia - koherera (od łacińskiego słowa „koherencja” - spójność), składającego się ze szklanej rurki zawierającej opiłki metalu. 24 marca 1896 roku przekazano pierwsze słowa alfabetem Morse’a – „Heinrich Hertz”.

Chociaż współczesne odbiorniki radiowe w niewielkim stopniu przypominają odbiorniki Popowa, podstawowe zasady ich działania są takie same.

Główne wnioski: – Obwód oscylacyjny to układ oscylacyjny składający się z cewki, kondensatora i rezystancji czynnej połączonych szeregowo. – Swobodne oscylacje elektromagnetyczne to oscylacje występujące w idealnym obwodzie oscylacyjnym w wyniku wydatku energii przekazanej temu obwodowi, która nie jest następnie uzupełniana. – Okres swobodnych oscylacji elektromagnetycznych można obliczyć ze wzoru Thomsona. – Z tego wzoru wynika, że okres obwodu oscylacyjnego wyznaczają parametry jego elementów składowych: indukcyjność cewki i pojemność kondensatora. – Komunikacja radiowa to proces przesyłania i odbierania informacji za pomocą fal elektromagnetycznych. – Modulacja amplitudy to proces zmiany amplitudy oscylacji o wysokiej częstotliwości z częstotliwością równą częstotliwości sygnału dźwiękowego. – Odwrotny proces modulacji nazywany jest detekcją.

„Swobodne oscylacje” – nietłumione oscylacje. Swobodne oscylacje elektromagnetyczne. Gdzie i i q to natężenie prądu i ładunek elektryczny w dowolnym momencie. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej: Całkowita energia elektromagnetyczna obwodu oscylacyjnego. Liczba oscylacji w jednostce czasu nazywana jest częstotliwością oscylacji: Energia całkowita.

„Rezonans mechaniczny” - 1. Łańcuch mostu egipskiego w Petersburgu. Rezonans w technologii. 3. Meksyk, 1985 Most wiszący Tacoma. Dodatnia wartość rezonansu Miernik częstotliwości. 2. Państwowa instytucja edukacyjna Gimnazjum nr 363 rejonu Frunzenskiego. Mechaniczny miernik częstotliwości kontaktronowy jest urządzeniem służącym do pomiaru częstotliwości drgań.

„Częstotliwość wibracji” - Fale dźwiękowe. Pomyślmy???? Infradźwięki są wykorzystywane w sprawach wojskowych, rybołówstwie itp. Czy dźwięk może rozprzestrzeniać się w gazach, cieczach i ciałach stałych? Co decyduje o głośności dźwięku? Od czego zależy wysokość dźwięku? Prędkość dźwięku. Ultradźwięk. W tym przypadku wibracje źródła dźwięku są oczywiste.

„Wibracje mechaniczne” – poprzeczne. Wykres wahadła sprężystego. Ruch oscylacyjny. Bezpłatny. Wzdłużny. „Wibracje i fale”. Harmoniczny. Wibracje swobodne. Fale to rozchodzenie się drgań w przestrzeni w czasie. Ukończyła: uczennica 11. klasy „A” Julia Oleynikova. Wymuszone wibracje. Fale. Wahadło matematyczne.

Powrót do przodu

Uwaga! Podglądy slajdów służą wyłącznie celom informacyjnym i mogą nie odzwierciedlać wszystkich funkcji prezentacji. Jeśli jesteś zainteresowany tą pracą, pobierz pełną wersję.

Cele Lekcji:

edukacyjny: wprowadzić pojęcia: „oscylacje elektromagnetyczne”, „obwód oscylacyjny”; pokazać uniwersalność podstawowych praw procesów oscylacyjnych dla oscylacji o dowolnej naturze fizycznej; pokazać, że oscylacje w idealnym obwodzie są harmoniczne; ujawnić fizyczne znaczenie cech wibracji;
rozwijający się: rozwój zainteresowań poznawczych, zdolności intelektualnych i twórczych w procesie zdobywania wiedzy i umiejętności z zakresu fizyki z wykorzystaniem różnych źródeł informacji, w tym nowoczesnych technologii informacyjnych; rozwijanie umiejętności oceny wiarygodności informacji przyrodniczych;
edukacyjny: budowanie wiary w możliwość poznania praw natury; wykorzystanie osiągnięć fizyki dla dobra rozwoju cywilizacji ludzkiej; potrzeba współpracy w procesie wspólnej realizacji zadań, gotowość do moralnej i etycznej oceny wykorzystania osiągnięć naukowych oraz poczucie odpowiedzialności za ochronę środowiska.

Podczas zajęć

I. Moment organizacyjny.

Na dzisiejszej lekcji rozpoczynamy studiowanie nowego rozdziału podręcznika, a tematem dzisiejszej lekcji jest „Dssanie elektromagnetyczne. Obwód oscylacyjny.”

II. Sprawdzanie pracy domowej.

Zacznijmy naszą lekcję od sprawdzenia Twojej pracy domowej.

Slajd 2. Kolokwium sprawdzające powtórzenie materiału i kursu dla klasy 10.

Poproszono Cię o udzielenie odpowiedzi na pytania dotyczące diagramu pokazanego na rysunku.

1. W jakiej pozycji kluczyka SA2 będzie migać neonówka po otwarciu klucza SA1?

2. Dlaczego neonówka nie miga po zamknięciu kluczyka SA1, niezależnie od tego w jakiej pozycji znajduje się wyłącznik SA2?

Badanie przeprowadzane jest na komputerze. W międzyczasie jeden z uczniów składa diagram.

Odpowiedź. W drugiej pozycji wyłącznika SA2 miga neonówka: po otwarciu wyłącznika SA1, na skutek zjawiska samoindukcji, w cewce płynie prąd malejący do zera, wokół cewki wzbudzane jest zmienne pole magnetyczne, tworząc wir pole elektryczne, które przez krótki czas podtrzymuje ruch elektronów w cewce. Prąd krótkotrwały będzie płynął górną częścią obwodu przez drugą diodę (jest ona podłączona zgodnie z kierunkiem przepustowości). W wyniku samoindukcji w cewce, po otwarciu obwodu, na jego końcach pojawi się różnica potencjałów (sem samoindukcyjny), wystarczająca do podtrzymania wyładowania gazowego w lampie.

Gdy kluczyk SA1 jest zamknięty (klucz SA2 znajduje się w pozycji 1), napięcie źródła prądu stałego nie jest wystarczające do podtrzymania wyładowania gazowego w lampie, więc nie zapala się.

Sprawdźmy, czy Twoje założenia są słuszne. Proponowany schemat jest zmontowany. Zobaczmy, co dzieje się z lampą neonową, gdy przełącznik SA1 jest zamykany i otwierany w różnych pozycjach przełącznika SA2.

(Test kompilowany jest w programie MyTest. Ocena przydzielana jest przez program).

Plik do uruchomienia programu MyTest (znajduje się w folderze z prezentacją)

Test. (Uruchom program MyTest, otwórz plik „Test”, wciśnij klawisz F5, aby rozpocząć test)

III. Nauka nowego materiału.

Slajd 3. Sformułowanie problemu: Przypomnijmy, co wiemy o drganiach mechanicznych? (Pojęcie oscylacji swobodnych i wymuszonych, samooscylacji, rezonansu itp.) Swobodne oscylacje mogą występować w obwodach elektrycznych, a także w układach mechanicznych, takich jak obciążenie sprężyny lub wahadła. W dzisiejszej lekcji zaczniemy studiować takie systemy. Temat dzisiejszej lekcji: „Oscylacje elektromagnetyczne. Obwód oscylacyjny.”

Cele Lekcji

Wprowadźmy pojęcia: „oscylacje elektromagnetyczne”, „obwód oscylacyjny”;
pokażemy uniwersalność podstawowych praw procesów oscylacyjnych dla oscylacji o dowolnej naturze fizycznej;
pokażemy, że oscylacje w idealnym obwodzie są harmoniczne;
Ujawnijmy fizyczne znaczenie cech wibracji.

Przypomnijmy sobie najpierw, jakie właściwości musi posiadać układ, aby występowały w nim swobodne oscylacje.

(W układzie oscylacyjnym powinna powstać siła przywracająca i energia powinna zostać przekształcona z jednego rodzaju na inny; tarcie w układzie powinno być dość małe.)

W obwodach elektrycznych, a także w układach mechanicznych, takich jak obciążenie sprężyny lub wahadła, mogą wystąpić drgania swobodne.

Jakie oscylacje nazywamy oscylacjami swobodnymi? (drgania występujące w układzie po wyjęciu go z położenia równowagi) Jakie oscylacje nazywamy oscylacjami wymuszonymi? (oscylacje występujące pod wpływem zewnętrznego, okresowo zmieniającego się pola elektromagnetycznego)

Okresowe lub prawie okresowe zmiany ładunku, prądu i napięcia nazywane są oscylacjami elektromagnetycznymi.

Slajd 4. Po wynalezieniu słoika Leydena i nauczeniu się, jak nadać mu duży ładunek za pomocą maszyny elektrostatycznej, zaczęli badać wyładowania elektryczne słoików. Zamykając wyściółkę słoika lejdejskiego za pomocą cewki z drutu, odkryli, że stalowe szprychy wewnątrz cewki są namagnesowane, ale nie można było przewidzieć, który koniec rdzenia cewki będzie biegunem północnym, a który południowym . Znaczącą rolę w teorii oscylacji elektromagnetycznych odegrał XIX-wieczny niemiecki naukowiec HELMHOLTZ Hermann Ludwig Ferdinand. Nazywany jest pierwszym lekarzem wśród naukowców i pierwszym naukowcem wśród lekarzy. Studiował fizykę, matematykę, fizjologię, anatomię i psychologię, zdobywając światowe uznanie w każdej z tych dziedzin. Zwracając uwagę na oscylacyjny charakter wyładowania w słoiku Leydena, w 1869 roku Helmholtz wykazał, że podobne oscylacje zachodzą w cewce indukcyjnej połączonej z kondensatorem (tj. zasadniczo stworzył obwód oscylacyjny składający się z indukcyjności i pojemności). Eksperymenty te odegrały ważną rolę w rozwoju teorii elektromagnetyzmu.

Slajd 4. Zazwyczaj drgania elektromagnetyczne występują z bardzo dużą częstotliwością, znacznie przekraczającą częstotliwość drgań mechanicznych. Dlatego oscyloskop elektroniczny jest bardzo wygodny do ich obserwacji i badania. (Demonstracja urządzenia. Zasada jego działania w animacji.)

Slajd 4. Obecnie oscyloskopy elektroniczne zostały zastąpione oscyloskopami cyfrowymi. Opowie nam o zasadach ich działania...

Slajd 5. Animacja „Oscyloskop”

Slajd 6. Wróćmy jednak do oscylacji elektromagnetycznych. Najprostszym układem elektrycznym zdolnym do swobodnych oscylacji jest szeregowy obwód RLC. Obwód oscylacyjny to obwód elektryczny składający się z połączonego szeregowo kondensatora o pojemności elektrycznej C, cewki o indukcyjności L i rezystancji elektrycznej R. Nazwiemy go szeregowym obwodem RLC.

Eksperyment fizyczny. Mamy obwód, którego schemat pokazano na rysunku 1. Podłączmy galwanometr do cewki. Przyjrzyjmy się zachowaniu igły galwanometru po przesunięciu przełącznika z pozycji 1 do pozycji 2. Zauważasz, że igła zaczyna oscylować, ale te oscylacje wkrótce zanikają. Wszystkie rzeczywiste obwody zawierają opór elektryczny R. Podczas każdego okresu oscylacji część energii elektromagnetycznej zmagazynowanej w obwodzie jest zamieniana na ciepło Joule'a, a oscylacje ulegają tłumieniu. Rozważany jest wykres tłumionych oscylacji.

Jak powstają swobodne oscylacje w obwodzie oscylacyjnym?

Rozważmy przypadek, gdy rezystancja R=0 (model idealnego obwodu oscylacyjnego). Jakie procesy zachodzą w obwodzie oscylacyjnym?

Slajd 7. Animacja „Obwód oscylacyjny”.

Slajd 8. Przejdźmy do ilościowej teorii procesów w obwodzie oscylacyjnym.

Rozważmy szeregowy obwód RLC. Gdy przełącznik K znajduje się w pozycji 1, kondensator jest ładowany do napięcia . Po przekręceniu kluczyka w pozycję 2 rozpoczyna się proces rozładowywania kondensatora poprzez rezystor R i cewkę indukcyjną L. W pewnych warunkach proces ten może mieć charakter oscylacyjny.

Prawo Ohma dla zamkniętego obwodu RLC, który nie zawiera zewnętrznego źródła prądu, jest zapisane jako

gdzie to napięcie na kondensatorze, q to ładunek kondensatora, – prąd w obwodzie. Po prawej stronie tej zależności znajduje się emf samoindukcji cewki. Jeśli jako zmienną wybierzemy ładunek kondensatora q(t), to równanie opisujące swobodne oscylacje w obwodzie RLC można sprowadzić do postaci:

Rozważmy przypadek, gdy w obwodzie nie występują straty energii elektromagnetycznej (R = 0). Wprowadźmy oznaczenie: . Następnie

(*)

Równanie (*) jest podstawowym równaniem opisującym swobodne oscylacje w obwodzie LC (idealny obwód oscylacyjny) przy braku tłumienia. Z wyglądu dokładnie pokrywa się z równaniem swobodnych oscylacji obciążenia na sprężynie lub gwincie przy braku sił tarcia.

Zapisaliśmy to równanie podczas studiowania tematu „Drgania mechaniczne”.

W przypadku braku tłumienia swobodne oscylacje w obwodzie elektrycznym są harmoniczne, to znaczy występują zgodnie z prawem

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

Dlaczego? (Ponieważ jest to jedyna funkcja, której druga pochodna jest równa samej funkcji. Dodatkowo cos0 = 1, co oznacza q(0) = q m)

Amplituda oscylacji ładunku q m oraz faza początkowa 0 są zdeterminowane warunkami początkowymi, czyli sposobem wyprowadzenia układu ze stanu równowagi. W szczególności dla procesu oscylacji, który rozpocznie się w obwodzie pokazanym na rysunku 1, po przełączeniu kluczyka K w pozycję 2, q m = C, 0 = 0.

Wtedy równanie oscylacji harmonicznych ładunku dla naszego obwodu przyjmie postać

q(t) = q m sałata 0 t .

Prąd wykonuje również oscylacje harmoniczne:

Slajd 9. Gdzie jest amplituda wahań prądu. Oscylacje prądu wyprzedzają oscylacje ładunku w fazie.

Przy swobodnych oscylacjach następuje okresowa konwersja energii elektrycznej We zmagazynowanej w kondensatorze na energię magnetyczną Wm cewki i odwrotnie. Jeśli w obwodzie oscylacyjnym nie ma strat energii, wówczas całkowita energia elektromagnetyczna układu pozostaje niezmieniona:

Slajd 9. Parametry L i C obwodu oscylacyjnego określają jedynie częstotliwość drgań własnych

Biorąc to pod uwagę, otrzymujemy .

Slajd 9. Formuła nazwał wzorem Thomsona, angielski fizyk William Thomson (Lord Kelvin), który wyprowadził go w 1853 roku.

Oczywiście okres drgań elektromagnetycznych zależy od indukcyjności cewki L i pojemności kondensatora C. Mamy cewkę, której indukcyjność można zwiększyć za pomocą żelaznego rdzenia, oraz kondensator zmienny. Najpierw przypomnijmy sobie, jak zmienić pojemność takiego kondensatora. Przypominam, że jest to materiał do zajęć dla klasy 10.

Kondensator zmienny składa się z dwóch zestawów metalowych płytek. Po obróceniu uchwytu płytki jednego zestawu wpasowują się w przestrzenie pomiędzy płytkami drugiego zestawu. W tym przypadku pojemność kondensatora zmienia się proporcjonalnie do zmiany obszaru nakładającej się części płytek. Jeśli płytki połączymy równolegle, to zwiększając powierzchnię płytek zwiększymy pojemność każdego kondensatora, co oznacza, że wzrośnie pojemność całej baterii kondensatorów. Kiedy kondensatory są połączone szeregowo w akumulatorze, zwiększenie pojemności każdego kondensatora pociąga za sobą zmniejszenie pojemności baterii kondensatorów.

Zobaczmy, jak okres oscylacji elektromagnetycznych zależy od pojemności kondensatora C i indukcyjności cewki L.

Slajd 9. Animacja „Zależność okresu drgań elektromagnetycznych od L i C”

Slajd 10. Porównajmy teraz oscylacje elektryczne i oscylacje obciążenia na sprężynie. Otwórz stronę 85 podręcznika, rysunek 4.5.

Na rysunku przedstawiono wykresy zmian ładunku q (t) kondensatora i przemieszczenia x (t) obciążenia z położenia równowagi, a także wykresy prądu I (t) i prędkości obciążenia w(t) przez jeden okres T drgań.

Na Waszych biurkach znajduje się tabela, którą wypełniliśmy podczas studiowania tematu „Drgania mechaniczne”. Załącznik 2.

Wypełniłeś jeden wiersz tej tabeli. Korzystając z rysunku 2, akapit 29 podręcznika i rysunku 4.5 na stronie 85 podręcznika, wypełnij pozostałe wiersze tabeli.

W jaki sposób procesy swobodnych drgań elektrycznych i mechanicznych są podobne? Obejrzyjmy następującą animację.

Slajd 11. Animacja „Analogia pomiędzy wibracjami elektrycznymi i mechanicznymi”

Uzyskane porównania drgań swobodnych obciążenia sprężyny i procesów zachodzących w elektrycznym obwodzie oscylacyjnym pozwalają na wyciągnięcie wniosku o analogii pomiędzy wielkościami elektrycznymi i mechanicznymi.

Slajd 12. Analogie te przedstawiono w tabeli. Dodatek 3.

Ta sama tabela jest dostępna na waszych biurkach i w podręczniku na stronie 86.

Rozważaliśmy więc część teoretyczną. Czy wszystko było dla Ciebie jasne? Może ktoś ma pytania?

Przejdźmy teraz do rozwiązywania problemów.

IV. Minuta wychowania fizycznego.

V. Konsolidacja badanego materiału.

Rozwiązywanie problemów:

zadania 1, 2, zadania części A nr 1, 6, 8 (ustnie);
problemy nr 957 (odpowiedź 5,1 μH), nr 958 (odpowiedź zmniejszy się 1,25 razy) (na tablicy);
część zadania B (ustnie);
zadanie nr 1 części C (przy tablicy).

Zadania pochodzą ze zbioru zadań dla klas 10-11 autorstwa A.P. Rymkiewicz i załączniki 10. Dodatek 4.

VI. Odbicie.

Uczniowie wypełniają odblaskową kartę.

VII. Podsumowanie lekcji.

Czy cele lekcji zostały osiągnięte? Podsumowanie lekcji. Ocena studenta.

VIII. Praca domowa.

Paragrafy 27 – 30, nr 959, 960, pozostałe zadania z załącznika nr 10.

Literatura:

Multimedialny kurs fizyki „Open Physics” wersja 2.6 pod redakcją profesora MIPT S.M. Koza.
Książka problemów dla klas 10-11. AP Rymkiewicz, Moskwa „Oświecenie”, 2012.
Fizyka. Podręcznik dla klasy 11 szkół ogólnokształcących. G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev, V.M. Charugin. Moskwa „Oświecenie”, 2011.
Elektroniczny dodatek do podręcznika G.Ya.Myakisheva, B.B. Bukhovtseva, V.M. Charugina. Moskwa „Oświecenie”, 2011.
Indukcja elektromagnetyczna. Problemy jakościowe (logiczne). Klasa 11, profil fizyki i matematyki. CM. Nowikow. Moskwa „Czystye Prudy”, 2007. Biblioteka „Pierwszy września”. Seria „Fizyka”. Wydanie 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S. Jeżeli nie ma możliwości zapewnienia każdemu studentowi komputera, zaliczenie może zostać przeprowadzone w formie pisemnej.

Występują wahania

mechaniczne, elektromagnetyczne, chemiczne, termodynamiczne

i różne inne. Mimo tak dużej różnorodności, wszystkich łączy wiele wspólnego.

Pole magnetyczne

generowane przez prąd elektryczny

główną cechą fizyczną jest indukcja magnetyczna

Pole elektryczne

generuje z ładowaniem

główna cecha fizyczna -

siła pola

są to okresowe lub prawie okresowe zmiany władzy Q, aktualna siła I i napięcie U .

Rodzaje oscylacji

systemy

Matematyczny

wahadło

Wiosna

wahadło

Rodzaje oscylacji

systemy

Matematyczny

wahadło

Wiosna

wahadło

Oscylacyjny

Okrążenie

Schemat działania amortyzatora

Schematyczne przedstawienie typów układów oscylacyjnych

Wahadło matematyczne

Wahadło sprężynowe

Jest to najprostszy układ, w którym mogą wystąpić oscylacje elektromagnetyczne, składający się z kondensatora i cewki połączonej z jego płytkami.

Zgodnie z naturą procesów powodujących ruchy oscylacyjne

Rodzaje oscylacji

ruch

Dostępny

Wymuszony

Układ oscylacyjny pozostawiony jest sam sobie, ze względu na początkową rezerwę energii powstają tłumione oscylacje.

Oscylacje powstają pod wpływem zewnętrznych, okresowo zmieniających się sił.

Oscylacje swobodne to drgania układu, które występują po wyjściu go ze stanu równowagi.

Wymuszone oscylacje nazywane są oscylacjami w obwodzie pod wpływem zewnętrznego okresowego pola elektromagnetycznego.

Aby wyprowadzić układ z równowagi, konieczne jest przekazanie dodatkowego ładunku kondensatorowi.

Pochodzenie pola elektromagnetycznego: na elektrony poruszające się wraz z przewodnikami ramy działa siła pola magnetycznego, powodując zmianę strumienia magnetycznego i odpowiednio indukowanego emf.