Prezentácia „Oscilačný obvod. Elektromagnetické vibrácie. Princíp rádiovej komunikácie a televízie“ prezentácia na hodinu fyziky (9. ročník) na danú tému. Oscilačný obvod Prezentácie z fyziky Oscilačný obvod 9. ročníka

Ak chcete použiť ukážky prezentácií, vytvorte si účet Google a prihláste sa doň: https://accounts.google.com

Popisy snímok:

Oscilačný obvod. Elektromagnetické vibrácie. Princíp rádiokomunikácií a televízie Lekcia č.51

Elektromagnetické kmity sú periodické zmeny v priebehu času elektrických a magnetických veličín (náboj, prúd, napätie, napätie, magnetická indukcia atď.) v elektrickom obvode. Ako je známe, aby sa vytvorila silná elektromagnetická vlna, ktorá by mohla byť zaznamenaná prístrojmi vo veľkých vzdialenostiach od vysielacej antény, je potrebné, aby vlnová frekvencia bola aspoň 0,1 MHz.

Jednou z hlavných častí generátora je oscilačný obvod - ide o oscilačný systém pozostávajúci z cievky s indukčnosťou L zapojených do série, kondenzátora s kapacitou C a odporu s odporom R.

Potom, čo vynašli Leydenskú nádobu (prvý kondenzátor) a naučili sa, ako jej pomocou elektrostatického stroja dodať veľký náboj, začali študovať elektrický výboj nádoby. Uzavretím obloženia Leydenskej nádoby cievkou zistili, že oceľové lúče vo vnútri cievky boli zmagnetizované. Zvláštne bolo, že nebolo možné predpovedať, ktorý koniec jadra cievky bude severný pól a ktorý južný. Okamžite nebolo pochopené, že keď sa kondenzátor vybíja cez cievku, v elektrickom obvode dochádza k osciláciám.

Perióda voľných oscilácií sa rovná prirodzenej perióde oscilačného systému, v tomto prípade perióde obvodu. Vzorec na určenie periódy voľných elektromagnetických kmitov získal anglický fyzik William Thomson v roku 1853.

Obvod Popovovho vysielača je pomerne jednoduchý - ide o oscilačný obvod, ktorý pozostáva z indukčnosti (sekundárne vinutie cievky), napájanej batérie a kapacity (iskrisko). Ak stlačíte kláves, preskočí v iskrišti cievky iskra, ktorá spôsobí elektromagnetické kmitanie v anténe. Anténa je otvorený vibrátor a vysiela elektromagnetické vlny, ktoré po dosiahnutí antény prijímacej stanice v nej vybudia elektrické oscilácie.

Na registráciu prijatých vĺn použil Alexander Stepanovič Popov špeciálne zariadenie - koherér (z latinského slova „koherencia“ - súdržnosť), pozostávajúci zo sklenenej trubice obsahujúcej kovové piliny. 24. marca 1896 boli prvé slová prenesené pomocou Morseovej abecedy - „Heinrich Hertz“.

Aj keď sa moderné rádiové prijímače veľmi málo podobajú na Popovov prijímač, základné princípy ich fungovania sú rovnaké.

Hlavné závery: – Oscilačný obvod je oscilačný systém pozostávajúci z cievky, kondenzátora a aktívneho odporu zapojených do série. – Voľné elektromagnetické oscilácie sú oscilácie, ktoré sa vyskytujú v ideálnom oscilačnom obvode v dôsledku spotreby energie odovzdanej tomuto obvodu, ktorá sa následne nedopĺňa. – Periódu voľných elektromagnetických oscilácií možno vypočítať pomocou Thomsonovho vzorca. – Z tohto vzorca vyplýva, že perióda oscilačného obvodu je určená parametrami jeho základných prvkov: indukčnosťou cievky a kapacitou kondenzátora. – Rádiová komunikácia je proces vysielania a prijímania informácií pomocou elektromagnetických vĺn. – Amplitúdová modulácia je proces zmeny amplitúdy vysokofrekvenčných kmitov s frekvenciou rovnajúcou sa frekvencii zvukového signálu. – Opačný proces modulácie sa nazýva detekcia.

"Voľné oscilácie" - Netlmené oscilácie. Voľné elektromagnetické oscilácie. Kde i a q sú sila prúdu a elektrický náboj v ľubovoľnom čase. Podľa zákona elektromagnetickej indukcie: Celková elektromagnetická energia oscilačného obvodu. Počet kmitov za jednotku času sa nazýva frekvencia kmitov: Celková energia.

“Mechanická rezonancia” - 1. Reťaz egyptského mosta v Petrohrade. Rezonancia v technológii. 3. Mexico City 1985 Visutý most Tacoma. Kladná hodnota rezonancie Merač frekvencie. 2. Štátny vzdelávací ústav Gymnázium č. 363 okresu Frunzenský. Mechanický jazýčkový merač frekvencie je zariadenie na meranie frekvencie vibrácií.

„Frekvencia vibrácií“ - Zvukové vlny. Zamyslime sa???? Infrazvuk sa používa vo vojenských záležitostiach, rybolove atď. Môže sa zvuk šíriť v plynoch, kvapalinách a pevných látkach? Čo určuje hlasitosť zvuku? Od čoho závisí výška zvuku? Rýchlosť zvuku. Ultrazvuk. V tomto prípade sú zrejmé vibrácie zdroja zvuku.

„Mechanické vibrácie“ - Priečne. Graf pružinového kyvadla. Oscilačný pohyb. Zadarmo. Pozdĺžny. "Vibrácie a vlny." Harmonický. Voľné vibrácie. Vlny sú šírením vibrácií v priestore v čase. Vyplnila: žiačka 11. ročníka „A“ Julia Oleynikova. Nútené vibrácie. Vlny. Matematické kyvadlo.

Späť dopredu

Pozor! Ukážky snímok slúžia len na informačné účely a nemusia predstavovať všetky funkcie prezentácie. Ak vás táto práca zaujala, stiahnite si plnú verziu.

Ciele lekcie:

vzdelávacie: zaviesť pojmy: „elektromagnetické oscilácie“, „oscilačný obvod“; ukázať univerzálnosť základných zákonov oscilačných procesov pre oscilácie akejkoľvek fyzikálnej povahy; ukázať, že oscilácie v ideálnom obvode sú harmonické; odhaliť fyzikálny význam charakteristík vibrácií;
rozvíjanie: rozvoj kognitívnych záujmov, intelektuálnych a tvorivých schopností v procese získavania vedomostí a zručností z fyziky s využitím rôznych zdrojov informácií vrátane moderných informačných technológií; rozvíjanie zručností na hodnotenie spoľahlivosti prírodovedných informácií;
vzdelávacie: podpora dôvery v možnosť poznať prírodné zákony; využívanie výdobytkov fyziky v prospech rozvoja ľudskej civilizácie; potreba spolupráce v procese spoločného plnenia úloh, pripravenosť na morálne a etické hodnotenie využívania vedeckých úspechov a zmysel pre zodpovednosť za ochranu životného prostredia.

Počas vyučovania

I. Organizačný moment.

V dnešnej lekcii začíname študovať novú kapitolu učebnice a témou dnešnej lekcie je „Elektromagnetické kmity. Oscilačný okruh."

II. Kontrola domácich úloh.

Začnime našu lekciu kontrolou domácich úloh.

Snímka 2. Test na zopakovanie učiva a kurzu pre 10. ročník.

Boli ste požiadaní, aby ste odpovedali na otázky týkajúce sa diagramu zobrazeného na obrázku.

1. V akej polohe kľúča SA2 bude neónová lampa blikať pri otvorení kľúča SA1?

2. Prečo neónová lampa nebliká, keď je kľúč SA1 zatvorený, bez ohľadu na to, v akej polohe je spínač SA2?

Test sa vykonáva na počítači. Jeden zo študentov medzitým zostavuje schému.

Odpoveď. Neónová lampa bliká v druhej polohe spínača SA2: po otvorení spínača SA1 v dôsledku javu samoindukcie preteká v cievke prúd klesajúci k nule, okolo cievky sa vybudí striedavé magnetické pole, ktoré generuje vír elektrické pole, ktoré na krátky čas udržiava pohyb elektrónov v cievke. Cez druhú diódu (je zapojená v priepustnom smere) potečie krátkodobo hornou časťou obvodu. V dôsledku samoindukcie v cievke, keď je obvod otvorený, sa na jeho koncoch objaví potenciálny rozdiel (samoindukčný emf), dostatočný na udržanie výboja plynu v lampe.

Pri zatvorenom kľúči SA1 (kľúč SA2 je v polohe 1) napätie jednosmerného zdroja nestačí na udržanie výboja plynu v svietidle, preto sa nerozsvieti.

Poďme skontrolovať, či sú vaše predpoklady správne. Navrhovaná schéma je zostavená. Pozrime sa, čo sa stane s neónovou lampou, keď je spínač SA1 zatvorený a otvorený v rôznych polohách spínača SA2.

(Test je zostavený v programe MyTest. Skóre prideľuje program).

Súbor na spustenie programu MyTest (umiestnený v priečinku s prezentáciou)

Test. (Spustite program MyTest, otvorte súbor „Test“, stlačením klávesu F5 spustite test)

III. Učenie sa nového materiálu.

Snímka 3. Vyjadrenie problému: Spomeňme si, čo vieme o mechanických vibráciách? (Koncept voľných a vynútených kmitov, vlastných kmitov, rezonancie atď.) Voľné kmity sa môžu vyskytovať v elektrických obvodoch, ako aj v mechanických systémoch, ako je zaťaženie pružiny alebo kyvadla. V dnešnej lekcii začneme študovať takéto systémy. Téma dnešnej hodiny: „Elektromagnetické kmity. Oscilačný okruh."

Ciele lekcie

Predstavme si pojmy: „elektromagnetické oscilácie“, „oscilačný obvod“;
ukážeme si univerzálnosť základných zákonov oscilačných procesov pre oscilácie akejkoľvek fyzikálnej povahy;
ukážeme, že kmity v ideálnom obvode sú harmonické;
Odhalíme fyzikálny význam charakteristík vibrácií.

Najprv si pripomeňme, aké vlastnosti musí mať systém, aby v ňom mohlo dochádzať k voľným osciláciám.

(V oscilačnom systéme by mala vzniknúť vratná sila a energia by sa mala premeniť z jedného typu na druhý; trenie v systéme by malo byť dosť malé.)

V elektrických obvodoch, ako aj v mechanických systémoch, ako je zaťaženie pružiny alebo kyvadla, môže dochádzať k voľným vibráciám.

Aké kmity sa nazývajú voľné kmity? (kmitania, ktoré sa vyskytujú v systéme po jeho odstránení z rovnovážnej polohy) Aké kmity sa nazývajú vynútené kmity? (oscilácie vyskytujúce sa pod vplyvom externého periodicky sa meniaceho EMF)

Periodické alebo takmer periodické zmeny náboja, prúdu a napätia sa nazývajú elektromagnetické oscilácie.

Snímka 4. Potom, čo vynašli Leydenskú nádobu a naučili sa, ako jej pomocou elektrostatického stroja dodať veľký náboj, začali študovať elektrický výboj nádob. Uzavretím obloženia Leydenskej nádoby pomocou drôtenej cievky zistili, že oceľové lúče vo vnútri cievky boli zmagnetizované, ale nebolo možné predpovedať, ktorý koniec jadra cievky bude severný a ktorý koniec južný pól. . Významnú úlohu v teórii elektromagnetických kmitov zohral nemecký vedec 19. storočia HELMHOLTZ Hermann Ludwig Ferdinand. Hovorí sa mu prvý lekár medzi vedcami a prvý vedec medzi lekármi. Študoval fyziku, matematiku, fyziológiu, anatómiu a psychológiu, pričom v každej z týchto oblastí dosiahol celosvetové uznanie. Upozorňujúc na oscilačnú povahu výboja z Leydenskej nádoby, Helmholtz v roku 1869 ukázal, že podobné oscilácie sa vyskytujú v indukčnej cievke pripojenej ku kondenzátoru (t. j. v podstate vytvoril oscilačný obvod pozostávajúci z indukčnosti a kapacity). Tieto experimenty zohrali hlavnú úlohu vo vývoji teórie elektromagnetizmu.

Snímka 4. Elektromagnetické vibrácie sa zvyčajne vyskytujú pri veľmi vysokej frekvencii, ktorá výrazne prevyšuje frekvenciu mechanických vibrácií. Preto je elektronický osciloskop veľmi vhodný na ich pozorovanie a štúdium. (Ukážka zariadenia. Princíp jeho činnosti v animácii.)

Snímka 4. V súčasnosti sú elektronické osciloskopy nahradené digitálnymi. Prezradí nám princípy ich fungovania...

Snímka 5. Animácia "Osciloskop"

Snímka 6. Vráťme sa však k elektromagnetickým osciláciám. Najjednoduchším elektrickým systémom schopným voľných oscilácií je sériový RLC obvod. Oscilačný obvod je elektrický obvod pozostávajúci zo sériovo zapojeného kondenzátora s elektrickou kapacitou C, cievky s indukčnosťou L a elektrickým odporom R. Nazvime ho sériový RLC obvod.

Fyzikálny experiment. Máme obvod, ktorého schéma je na obrázku 1. K cievke pripojíme galvanometer. Sledujme správanie sa strelky galvanometra po prepnutí prepínača z polohy 1 do polohy 2. Všimnete si, že ihla začne oscilovať, ale tieto oscilácie čoskoro zmiznú. Všetky reálne obvody obsahujú elektrický odpor R. Počas každej periódy oscilácie sa časť elektromagnetickej energie uloženej v obvode premení na Jouleovo teplo a oscilácie sa utlmia. Uvažuje sa o grafe tlmených kmitov.

Ako vznikajú voľné kmity v oscilačnom obvode?

Uvažujme prípad, keď odpor R=0 (model ideálneho oscilačného obvodu). Aké procesy prebiehajú v oscilačnom obvode?

Snímka 7. Animácia „Oscilačný obvod“.

Snímka 8. Prejdime ku kvantitatívnej teórii procesov v oscilačnom obvode.

Zvážte sériový obvod RLC. Keď je prepínač K v polohe 1, kondenzátor sa nabije na napätie . Po prepnutí kľúča do polohy 2 začína proces vybíjania kondenzátora cez odpor R a tlmivku L. Za určitých podmienok môže mať tento proces oscilačný charakter.

Ohmov zákon pre uzavretý RLC obvod, ktorý neobsahuje externý zdroj prúdu, je napísaný ako

kde je napätie na kondenzátore, q je náboj kondenzátora, – prúd v obvode. Na pravej strane tohto vzťahu je samoindukčné emf cievky. Ak ako premennú zvolíme náboj kondenzátora q(t), potom rovnicu opisujúcu voľné kmitanie v RLC obvode môžeme zredukovať na nasledujúci tvar:

Uvažujme prípad, keď v obvode nedochádza k stratám elektromagnetickej energie (R = 0). Predstavme si notáciu: . Potom

(*)

Rovnica (*) je základná rovnica, ktorá popisuje voľné oscilácie v LC obvode (ideálny oscilačný obvod) bez tlmenia. Vo vzhľade sa presne zhoduje s rovnicou voľných kmitov zaťaženia pružiny alebo závitu pri absencii trecích síl.

Túto rovnicu sme si zapísali pri štúdiu témy „Mechanické vibrácie“.

Pri absencii tlmenia sú voľné oscilácie v elektrickom obvode harmonické, to znamená, že sa vyskytujú podľa zákona

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

prečo? (Keďže ide o jedinú funkciu, ktorej druhá derivácia sa rovná samotnej funkcii. Navyše cos0 = 1, čo znamená q(0) = q m)

Amplitúda kmitov náboja q m a počiatočná fáza 0 sú určené počiatočnými podmienkami, teda spôsobom, akým sa systém dostal z rovnováhy. Najmä pre proces oscilácie, ktorý začne v obvode znázornenom na obrázku 1, po prepnutí kľúča K do polohy 2, q m = C, 0 = 0.

Potom bude mať tvar rovnica harmonických kmitov náboja pre náš obvod

q(t) = qm cos 0t.

Prúd tiež vykonáva harmonické oscilácie:

Snímka 9. Kde je amplitúda kolísania prúdu. Prúdové oscilácie sú vo fáze pred osciláciami náboja.

Pri voľných kmitoch dochádza k periodickej premene elektrickej energie W e uloženej v kondenzátore na magnetickú energiu W m cievky a naopak. Ak v oscilačnom obvode nedôjde k žiadnej strate energie, celková elektromagnetická energia systému zostane nezmenená:

Snímka 9. Parametre L a C oscilačného obvodu určujú iba vlastnú frekvenciu voľných kmitov

Vzhľadom na to dostávame .

Snímka 9. Vzorec nazval Thomsonov vzorec anglický fyzik William Thomson (Lord Kelvin), ktorý ho odvodil v roku 1853.

Je zrejmé, že perióda elektromagnetických kmitov závisí od indukčnosti cievky L a kapacity kondenzátora C. Máme cievku, ktorej indukčnosť možno zvýšiť pomocou železného jadra, a premenlivý kondenzátor. Najprv si spomeňme, ako môžete zmeniť kapacitu takéhoto kondenzátora. Dovoľte mi pripomenúť, že ide o učebný materiál pre 10. ročník.

Variabilný kondenzátor pozostáva z dvoch sád kovových dosiek. Pri otáčaní rukoväte platne jednej sady zapadnú do medzier medzi platňami druhej sady. V tomto prípade sa kapacita kondenzátora mení úmerne so zmenou v oblasti prekrývajúcej sa časti dosiek. Ak sú dosky zapojené paralelne, potom zväčšením plochy dosiek zväčšíme kapacitu každého kondenzátora, čo znamená, že sa zvýši kapacita celej banky kondenzátorov. Keď sú kondenzátory zapojené do série v batérii, zvýšenie kapacity každého kondenzátora má za následok zníženie kapacity kondenzátorovej banky.

Pozrime sa, ako závisí doba elektromagnetických kmitov od kapacity kondenzátora C a indukčnosti cievky L.

Snímka 9. Animácia „Závislosť periódy elektromagnetických kmitov na L a C“

Snímka 10. Porovnajme teraz elektrické kmity a kmity záťaže na pružine. Otvorte stranu 85 učebnice, obrázok 4.5.

Na obrázku sú znázornené grafy zmien náboja q (t) kondenzátora a posunutia x (t) záťaže z rovnovážnej polohy, ako aj grafy prúdu I (t) a rýchlosti záťaže. v(t) na jednu periódu T kmitov.

Na vašich stoloch je tabuľka, ktorú sme vyplnili pri štúdiu témy „Mechanické vibrácie“. Dodatok 2.

Dokončili ste jeden riadok tejto tabuľky. Pomocou obrázku 2, odsek 29 učebnice a obrázku 4.5 na strane 85 učebnice vyplňte zvyšné riadky tabuľky.

V čom sú procesy voľných elektrických a mechanických vibrácií podobné? Pozrime sa na nasledujúcu animáciu.

Snímka 11. Animácia „Analógia medzi elektrickými a mechanickými vibráciami“

Získané porovnania voľných kmitov zaťaženia pružiny a procesov v elektrickom oscilačnom obvode nám umožňujú vyvodiť záver o analógii medzi elektrickými a mechanickými veličinami.

Snímka 12. Tieto analógie sú uvedené v tabuľke. Dodatok 3.

Tá istá tabuľka je k dispozícii na vašich stoloch a vo vašej učebnici na strane 86.

Takže sme zvážili teoretickú časť. Bolo vám všetko jasné? Možno má niekto otázky?

Teraz prejdime k riešeniu problémov.

IV. Minúta telesnej výchovy.

V. Konsolidácia študovaného materiálu.

Riešenie problémov:

úlohy 1, 2, úlohy časti A č. 1, 6, 8 (ústne);
úlohy č. 957 (odpoveď 5,1 μH), č. 958 (odpoveď sa zníži 1,25-krát) (pri tabuli);
úloha časť B (ústne);
úloha č. 1 časti C (pri tabuli).

Úlohy sú prevzaté zo zbierky úloh pre ročníky 10-11 od A.P. Rymkevich a dodatky 10. Dodatok 4.

VI. Reflexia.

Žiaci vyplnia reflexnú kartu.

VII. Zhrnutie lekcie.

Boli dosiahnuté ciele lekcie? Zhrnutie lekcie. Hodnotenie študentov.

VIII. Domáca úloha.

Odseky 27 – 30, č. 959, 960, zostávajúce úlohy z prílohy 10.

Literatúra:

Multimediálny kurz fyziky „Otvorená fyzika“ verzia 2.6, ktorú pripravil profesor MIPT S.M. Koza.
Kniha problémov pre ročníky 10-11. A.P. Rymkevič, Moskva „Osvietenie“, 2012.
fyzika. Učebnica pre 11. ročník všeobecnovzdelávacích inštitúcií. G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev, V.M. Charugin. Moskva „Osvietenie“, 2011.
Elektronická príloha k učebnici od G.Ya.Myakisheva, B.B. Bukhovceva, V.M. Charugina. Moskva „Osvietenie“, 2011.
Elektromagnetická indukcia. Kvalitatívne (logické) problémy. 11. ročník, profil z fyziky a matematiky. CM. Novikov. Moskva "Chistye Prudy", 2007. Knižnica „Prvý september“. Séria "Fyzika". Vydanie 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S. Ak nie je možné poskytnúť každému študentovi počítač, test môže byť zadaný písomne.

Existujú výkyvy

mechanické, elektromagnetické, chemické, termodynamické

a rôzne iné. Napriek takejto rozmanitosti majú všetci veľa spoločného.

Magnetické pole

generované elektrickým prúdom

Hlavnou fyzikálnou charakteristikou je magnetická indukcia

Elektrické pole

generuje s nabíjaním

hlavné fyzické vlastnosti -

sila poľa

ide o periodické alebo takmer periodické zmeny v náboji q, sila prúdu ja a napätie U .

Druhy oscilácií

systémov

Matematická

kyvadlo

Jar

kyvadlo

Druhy oscilácií

systémov

Matematická

kyvadlo

Jar

kyvadlo

Oscilačné

Okruh

Schéma činnosti tlmiča nárazov

Schematické znázornenie typov oscilačných systémov

Matematické kyvadlo

Pružinové kyvadlo

Toto je najjednoduchší systém, v ktorom môže dochádzať k elektromagnetickým osciláciám, ktorý pozostáva z kondenzátora a cievky pripojenej k jeho platniam.

Podľa povahy procesov vyvolávajúcich oscilačné pohyby

Druhy oscilácií

pohyb

Dostupné

Nútené

Oscilačný systém je ponechaný sám na seba, vznikajú tlmené kmity v dôsledku počiatočnej zásoby energie.

Oscilácie sa vyskytujú v dôsledku vonkajších, periodicky sa meniacich síl.

Voľné oscilácie sú oscilácie v systéme, ktoré sa vyskytujú po tom, čo sa dostane z rovnovážneho stavu.

Vynútené oscilácie sa nazývajú oscilácie v obvode pod vplyvom externého periodického EMF.

Aby sa systém dostal z rovnováhy, je potrebné dodať kondenzátoru dodatočný náboj.

Pôvod EMF: na elektróny pohybujúce sa spolu s vodičmi rámu pôsobí sila z magnetického poľa, čo spôsobuje zmenu magnetického toku a tým aj indukovaného emf.