Predstavitev “Oscilacijski krog. Elektromagnetne vibracije. Načelo radijskih zvez in televizije« predstavitev za lekcijo fizike (9. razred) na temo. Nihajni krog Predstavitve o fiziki 9. razred nihajni krog

Če želite uporabljati predogled predstavitev, ustvarite Google račun in se prijavite vanj: https://accounts.google.com

Podnapisi diapozitivov:

Nihajni krog. Elektromagnetne vibracije. Načelo radijskih komunikacij in televizije Lekcija št. 51

Elektromagnetna nihanja so časovno periodične spremembe električnih in magnetnih veličin (naboj, tok, napetost, napetost, magnetna indukcija itd.) v električnem krogu. Kot je znano, je za ustvarjanje močnega elektromagnetnega valovanja, ki bi ga lahko posneli instrumenti na velikih razdaljah od oddajne antene, potrebna frekvenca valovanja vsaj 0,1 MHz.

Eden glavnih delov generatorja je nihajni krog - to je nihajni sistem, sestavljen iz zaporedno povezane tuljave induktivnosti L, kondenzatorja s kapacitivnostjo C in upora z uporom R.

Ko so izumili Leyden kozarec (prvi kondenzator) in se naučili, kako mu z elektrostatičnim strojem dati velik naboj, so začeli preučevati električno razelektritev kozarca. Ko so obloge Leydenovega kozarca zaprli s tuljavo, so odkrili, da so jeklene napere znotraj tuljave magnetizirane. Nenavadno je bilo, da je bilo nemogoče predvideti, kateri konec jedra tuljave bo severni pol in kateri južni. Ni bilo takoj razumljeno, da ko se kondenzator izprazni skozi tuljavo, pride do nihanj v električnem tokokrogu.

Perioda prostih nihanj je enaka lastni periodi nihajnega sistema, v tem primeru periodi kroga. Formulo za določitev obdobja prostih elektromagnetnih nihanj je leta 1853 dobil angleški fizik William Thomson.

Vezje Popovega oddajnika je precej preprosto - gre za nihajno vezje, ki ga sestavljajo induktivnost (sekundarno navitje tuljave), napajana baterija in kapacitivnost (iskrišče). Če pritisnete tipko, v iskrišču tuljave preskoči iskra, ki povzroči elektromagnetna nihanja v anteni. Antena je odprt vibrator in oddaja elektromagnetne valove, ki, ko dosežejo anteno sprejemne postaje, vzbujajo v njej električna nihanja.

Za registracijo prejetih valov je Aleksander Stepanovič Popov uporabil posebno napravo - koherer (iz latinske besede "coherence" - kohezija), sestavljen iz steklene cevi, ki vsebuje kovinske opilke. 24. marca 1896 so bile prve besede prenesene z Morsejevo kodo - "Heinrich Hertz".

Čeprav so sodobni radijski sprejemniki zelo malo podobni Popovemu sprejemniku, so osnovni principi njihovega delovanja enaki.

Glavni sklepi: – Nihajno vezje je nihajni sistem, sestavljen iz zaporedno vezane tuljave, kondenzatorja in aktivnega upora. – Prosta elektromagnetna nihanja so nihanja, ki nastanejo v idealnem nihajnem krogu zaradi porabe energije, ki je temu krogu predana in se nato ne dopolnjuje. – Perioda prostih elektromagnetnih nihanj se lahko izračuna s pomočjo Thomsonove formule. – Iz te formule sledi, da obdobje nihajnega kroga določajo parametri njegovih sestavnih elementov: induktivnost tuljave in kapacitivnost kondenzatorja. – Radijska komunikacija je proces oddajanja in sprejemanja informacij z uporabo elektromagnetnih valov. – Amplitudna modulacija je postopek spreminjanja amplitude visokofrekvenčnih nihanj s frekvenco, ki je enaka frekvenci zvočnega signala. – Obratni proces modulacije se imenuje detekcija.

“Prosta nihanja” - Nedušena nihanja. Prosta elektromagnetna nihanja. Kjer sta i in q jakost toka in električni naboj v katerem koli trenutku. Po zakonu elektromagnetne indukcije: Skupna elektromagnetna energija nihajnega kroga. Število nihanj na časovno enoto imenujemo frekvenca nihanja: Celotna energija.

"Mehanska resonanca" - 1. Veriga egiptovskega mostu v Sankt Peterburgu. Resonanca v tehnologiji. 3. Mexico City 1985 Viseči most Tacoma. Vrednost pozitivne resonance Merilec frekvence. 2. Državna izobraževalna ustanova Gimnazija št. 363 okrožja Frunzensky. Mehanski reed frekvenmeter je naprava za merjenje frekvence tresljajev.

"Frekvenca vibracij" - zvočni valovi. Razmislimo???? Infrazvok se uporablja v vojaških zadevah, ribolovu itd. Ali lahko zvok potuje v plinih, tekočinah in trdnih snoveh? Kaj določa glasnost zvoka? Od česa je odvisna višina zvoka? Hitrost zvoka. Ultrazvok. V tem primeru so vibracije vira zvoka očitne.

“Mehanske vibracije” - prečno. Graf vzmetnega nihala. Nihajno gibanje. Prost. Vzdolžni. "Vibracije in valovi." Harmonično. Brezplačne vibracije. Valovi so širjenje nihanja v prostoru skozi čas. Izpolnila: učenka 11. razreda "A" Yulia Oleynikova. Prisilne vibracije. Valovi. Matematično nihalo.

Nazaj naprej

Pozor! Predogledi diapozitivov so zgolj informativne narave in morda ne predstavljajo vseh funkcij predstavitve. Če vas to delo zanima, prenesite polno različico.

Cilji lekcije:

izobraževalni: predstavi pojme: »elektromagnetna nihanja«, »nihajni krog«; pokazati univerzalnost osnovnih zakonov nihajnih procesov za nihanja katere koli fizične narave; pokazati, da so nihanja v idealnem krogu harmonična; razkrijejo fizični pomen značilnosti vibracij;
razvoju: razvoj kognitivnih interesov, intelektualnih in ustvarjalnih sposobnosti v procesu pridobivanja znanja in spretnosti s področja fizike z uporabo različnih virov informacij, vključno s sodobnimi informacijskimi tehnologijami; razvijanje veščin za ocenjevanje zanesljivosti naravoslovnih informacij;
izobraževalni: negovanje zaupanja v možnost poznavanja naravnih zakonov; uporaba dosežkov fizike v korist razvoja človeške civilizacije; potreba po sodelovanju pri skupnem opravljanju nalog, pripravljenost na moralno in etično presojo uporabe znanstvenih dosežkov ter čut odgovornosti za varovanje okolja.

Med poukom

I. Organizacijski trenutek.

V današnji lekciji začnemo preučevati novo poglavje učbenika in tema današnje lekcije je "Elektromagnetna nihanja. Nihajni krog."

II. Preverjanje domače naloge.

Začnimo lekcijo s preverjanjem domače naloge.

Diapozitiv 2. Test za ponavljanje snovi in predmeta 10. razred.

Morali ste odgovoriti na vprašanja o diagramu, prikazanem na sliki.

1. Na katerem položaju ključa SA2 bo utripala neonska lučka, ko odprete ključ SA1?

2. Zakaj neonska lučka ne utripa, ko je ključ SA1 zaprt, ne glede na to, v katerem položaju je stikalo SA2?

Test se izvaja na računalniku. Eden od učencev medtem sestavlja diagram.

Odgovori. Neonska lučka utripa v drugem položaju stikala SA2: po odprtju stikala SA1 zaradi pojava samoindukcije v tuljavi teče tok, ki se zmanjša na nič, okoli tuljave se vzbuja izmenično magnetno polje, ki ustvarja vrtinec električno polje, ki za kratek čas vzdržuje gibanje elektronov v tuljavi. Kratkotrajni tok bo tekel po zgornjem delu vezja skozi drugo diodo (priključena je v pretočni smeri). Zaradi samoindukcije v tuljavi, ko se vezje odpre, se na njegovih koncih pojavi potencialna razlika (samoindukcijska emf), ki zadostuje za vzdrževanje praznjenja plina v žarnici.

Ko je ključ SA1 zaprt (ključ SA2 je v položaju 1), napetost vira enosmernega toka ne zadošča za vzdrževanje razelektritve plina v sijalki, zato ta ne sveti.

Preverimo, ali so vaše domneve pravilne. Predlagana shema je sestavljena. Poglejmo, kaj se zgodi z neonsko svetilko, ko je stikalo SA1 zaprto in odprto na različnih položajih stikala SA2.

(Test je sestavljen v programu MyTest. Oceno dodeli program).

Datoteka za zagon programa MyTest (nahaja se v mapi s predstavitvijo)

Test. (Zaženite program MyTest, odprite datoteko “Test”, pritisnite tipko F5 za začetek testa)

III. Učenje nove snovi.

Diapozitiv 3. Postavitev problema: Spomnimo se, kaj vemo o mehanskih tresljajih? (Pojem prostih in prisilnih nihanj, lastnih nihanj, resonance itd.) Prosta nihanja se lahko pojavijo v električnih tokokrogih, pa tudi v mehanskih sistemih, kot je obremenitev na vzmeti ali nihalu. V današnji lekciji bomo začeli preučevati takšne sisteme. Tema današnje lekcije: »Elektromagnetna nihanja. Nihajni krog."

Cilji lekcije

Predstavimo pojme: "elektromagnetna nihanja", "nihajno vezje";
pokazali bomo univerzalnost osnovnih zakonov nihajnih procesov za nihanja katere koli fizične narave;
pokazali bomo, da so nihanja v idealnem krogu harmonična;
Razkrijmo fizični pomen značilnosti vibracij.

Najprej se spomnimo, kakšne lastnosti mora imeti sistem, da se v njem pojavljajo prosta nihanja.

(V oscilacijskem sistemu bi morala nastati obnovitvena sila in energija bi se morala pretvoriti iz ene vrste v drugo; trenje v sistemu bi moralo biti precej majhno.)

V električnih tokokrogih, pa tudi v mehanskih sistemih, kot je breme na vzmeti ali nihalu, lahko pride do prostih vibracij.

Katera nihanja imenujemo prosta nihanja? (nihanja, ki nastanejo v sistemu po tem, ko se sistem premakne iz ravnovesnega položaja) Katera nihanja imenujemo prisilna nihanja? (nihanja, ki nastanejo pod vplivom zunanjih občasno spreminjajočih se EMF)

Periodične ali skoraj periodične spremembe naboja, toka in napetosti imenujemo elektromagnetna nihanja.

Diapozitiv 4. Ko so izumili Leydenski kozarec in se naučili, kako mu z elektrostatičnim strojem dati velik naboj, so začeli proučevati električno razelektritev kozarcev. Z zapiranjem oblog lejdenskega kozarca z žično tuljavo so odkrili, da so jeklene napere znotraj tuljave magnetizirane, vendar je bilo nemogoče predvideti, kateri konec jedra tuljave bo severni in kateri konec južni pol. . Pomembno vlogo pri teoriji elektromagnetnih nihanj je imel nemški znanstvenik HELMHOLTZ iz 19. stoletja Hermann Ludwig Ferdinand. Pravijo mu prvi zdravnik med znanstveniki in prvi znanstvenik med zdravniki. Študiral je fiziko, matematiko, fiziologijo, anatomijo in psihologijo ter na vsakem od teh področij dosegel svetovno priznanje. Helmholtz je leta 1869 opozoril na nihajno naravo razelektritve v Leydenskem kozarcu in pokazal, da se podobna nihanja pojavljajo v indukcijski tuljavi, povezani s kondenzatorjem (tj. v bistvu je ustvaril nihajno vezje, sestavljeno iz induktivnosti in kapacitivnosti). Ti poskusi so imeli pomembno vlogo pri razvoju teorije elektromagnetizma.

Diapozitiv 4. Običajno se elektromagnetne vibracije pojavljajo pri zelo visoki frekvenci, ki znatno presega frekvenco mehanskih vibracij. Zato je elektronski osciloskop zelo priročen za njihovo opazovanje in preučevanje. (Demonstracija naprave. Načelo njenega delovanja v animaciji.)

Diapozitiv 4. Trenutno so elektronske osciloskope zamenjali digitalni. Povedal nam bo o principih njihovega delovanja...

Diapozitiv 5. Animacija "Osciloskop"

Diapozitiv 6. A vrnimo se k elektromagnetnim nihanjem. Najenostavnejši električni sistem z zmožnostjo prostih nihanj je serijsko RLC vezje. Nihajni krog je električni tokokrog, sestavljen iz zaporedno vezanega kondenzatorja z električno kapaciteto C, tuljave z induktivnostjo L in električnim uporom R. Imenovali ga bomo zaporedno RLC vezje.

Fizikalni poskus. Imamo vezje, katerega diagram je prikazan na sliki 1. Na tuljavo priključimo galvanometer. Opazujmo obnašanje igle galvanometra po premiku stikala iz položaja 1 v položaj 2. Opazite, da igla začne nihati, vendar ta nihanja kmalu zamrejo. Vsa realna vezja vsebujejo električni upor R. Med vsako periodo nihanja se del elektromagnetne energije, shranjene v vezju, pretvori v Joulovo toploto in nihanja postanejo dušena. Upoštevan je graf dušenih nihanj.

Kako nastanejo prosta nihanja v nihajnem krogu?

Oglejmo si primer, ko je upor R=0 (model idealnega nihajnega kroga). Kateri procesi se dogajajo v nihajnem krogu?

Diapozitiv 7. Animacija "Oscilacijski krog".

Diapozitiv 8. Preidimo na kvantitativno teorijo procesov v nihajnem krogu.

Razmislite o serijskem RLC vezju. Ko je stikalo K v položaju 1, je kondenzator napolnjen na napetost . Po preklopu ključa v položaj 2 se začne proces praznjenja kondenzatorja skozi upor R in induktor L. Pod določenimi pogoji ima lahko ta proces oscilatorno naravo.

Ohmov zakon za zaprto vezje RLC, ki ne vsebuje zunanjega vira toka, je zapisan kot

kjer je napetost na kondenzatorju, q je naboj kondenzatorja, – tok v tokokrogu. Na desni strani tega razmerja je samoindukcijska emf tuljave. Če kot spremenljivko izberemo naboj kondenzatorja q(t), lahko enačbo, ki opisuje prosta nihanja v RLC vezju, reduciramo na naslednjo obliko:

Oglejmo si primer, ko v vezju ni izgub elektromagnetne energije (R = 0). Naj uvedemo zapis: . Potem

(*)

Enačba (*) je osnovna enačba, ki opisuje prosta nihanja v LC vezju (idealni nihajni krog) brez dušenja. Po videzu natančno sovpada z enačbo prostih nihanj bremena na vzmeti ali niti v odsotnosti tornih sil.

To enačbo smo zapisali pri preučevanju teme "Mehanske vibracije".

V odsotnosti dušenja so prosta nihanja v električnem tokokrogu harmonična, to pomeni, da se pojavljajo po zakonu

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

Zakaj? (Ker je to edina funkcija, katere drugi odvod je enak funkciji sami. Poleg tega je cos0 = 1, kar pomeni q(0) = q m)

Amplitudo nihanja naboja q m in začetno fazo 0 določajo začetni pogoji, to je način, kako je bil sistem spravljen iz ravnovesja. Zlasti za proces nihanja, ki se bo začel v vezju, prikazanem na sliki 1, po preklopu ključa K v položaj 2, q m = C, 0 = 0.

Nato bo enačba harmoničnih nihanj naboja za naše vezje dobila obliko

q(t) = q m cos 0 t .

Tok izvaja tudi harmonična nihanja:

Diapozitiv 9. Kje je amplituda tokovnih nihanj. Tokovna nihanja so pred nihanji naboja v fazi.

Pri prostih nihanjih pride do periodične pretvorbe električne energije W e, shranjene v kondenzatorju, v magnetno energijo W m tuljave in obratno. Če v oscilacijskem krogu ni izgube energije, ostane skupna elektromagnetna energija sistema nespremenjena:

Diapozitiv 9. Parametra L in C nihajnega kroga določata samo lastno frekvenco prostih nihanj

Glede na to dobimo.

Diapozitiv 9. Formula poimenoval Thomsonovo formulo, angleški fizik William Thomson (Lord Kelvin), ki jo je izpeljal leta 1853.

Očitno je, da je obdobje elektromagnetnih nihanj odvisno od induktivnosti tuljave L in kapacitivnosti kondenzatorja C. Imamo tuljavo, ki ji lahko povečamo induktivnost z železnim jedrom, in spremenljivi kondenzator. Najprej se spomnimo, kako lahko spremenite kapacitivnost takšnega kondenzatorja. Naj vas spomnim, da je to gradivo za 10. razred.

Spremenljivi kondenzator je sestavljen iz dveh nizov kovinskih plošč. Ko se ročaj vrti, se plošče enega kompleta prilegajo v prostore med ploščami drugega kompleta. V tem primeru se kapacitivnost kondenzatorja spremeni sorazmerno s spremembo površine prekrivajočega se dela plošč. Če sta plošči povezani vzporedno, potem s povečanjem površine plošč povečamo kapaciteto posameznega kondenzatorja, kar pomeni, da se bo povečala zmogljivost celotne kondenzatorske banke. Ko so kondenzatorji zaporedno povezani v bateriji, povečanje zmogljivosti vsakega kondenzatorja povzroči zmanjšanje zmogljivosti kondenzatorske banke.

Poglejmo, kako je obdobje elektromagnetnega nihanja odvisno od kapacitivnosti kondenzatorja C in induktivnosti tuljave L.

Diapozitiv 9. Animacija "Odvisnost periode elektromagnetnih nihanj od L in C"

Diapozitiv 10. Primerjajmo zdaj električna nihanja in nihanja bremena na vzmeti. Odprite stran 85 učbenika, slika 4.5.

Na sliki so prikazani grafi sprememb naboja q (t) kondenzatorja in premika x (t) bremena iz ravnotežnega položaja ter grafi toka I (t) in hitrosti bremena v(t) za eno periodo T nihanj.

Na vaših mizah je tabela, ki smo jo izpolnili pri preučevanju teme "Mehanske vibracije". Dodatek 2.

Izpolnili ste eno vrstico te tabele. S pomočjo slike 2, 29. odstavek učbenika in slike 4.5 na strani 85 učbenika izpolnite preostale vrstice tabele.

V čem so si podobni procesi prostih električnih in mehanskih vibracij? Oglejmo si naslednjo animacijo.

Diapozitiv 11. Animacija "Analogija med električnimi in mehanskimi vibracijami"

Dobljene primerjave prostih nihanj bremena na vzmeti in procesov v električnem nihajnem krogu nam omogočajo, da sklepamo o analogiji med električnimi in mehanskimi količinami.

Diapozitiv 12. Te analogije so predstavljene v tabeli. Dodatek 3.

Ista tabela je na voljo na vaših mizah in v učbeniku na strani 86.

Torej, upoštevali smo teoretični del. Vam je bilo vse jasno? Ima mogoče kdo vprašanja?

Zdaj pa preidimo na reševanje problemov.

IV. Minuta telesne vzgoje.

V. Utrjevanje preučenega gradiva.

Reševanje problema:

naloge 1, 2, naloge dela A št. 1, 6, 8 (ustno);
težave št. 957 (odgovor 5,1 μH), št. 958 (odgovor se bo zmanjšal za 1,25-krat) (na tabli);
naloga B (ustno);
naloga št. 1 dela C (pri tabli).

Težave so vzete iz zbirke nalog za 10-11 razred A.P. Rymkevich in priloge 10. Dodatek 4.

VI. Odsev.

Učenci izpolnijo odsevni karton.

VII. Povzetek lekcije.

Ali so bili cilji lekcije doseženi? Povzetek lekcije. Ocenjevanje učencev.

VIII. Domača naloga.

27. – 30. odstavek, št. 959, 960, preostale naloge iz priloge 10.

Literatura:

Multimedijski tečaj fizike "Odprta fizika" različica 2.6, ki ga je uredil profesor MIPT S.M. Koza.
Knjiga nalog za 10.-11. razred. A.P. Rymkevich, Moskva "Razsvetljenje", 2012.
Fizika. Učbenik za 11. razred splošnoizobraževalnih ustanov. G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev, V.M. Čarugin. Moskva "Razsvetljenje", 2011.
Elektronski dodatek k učbeniku G. Ya Myakisheva, B. B. Bukhovceva, V.M. Čarugina. Moskva "Razsvetljenje", 2011.
Elektromagnetna indukcija. Kvalitativne (logične) naloge. 11. razred, fizikalno-matematični profil. CM. Novikov. Moskva "Chistye Prudy", 2007. Knjižnica "Prvi september". Serija "Fizika". Številka 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S.Če vsakemu študentu ni mogoče zagotoviti računalnika, se lahko izpit opravi pisno.

Obstajajo nihanja

mehanski, elektromagnetni, kemični, termodinamični

in razne druge. Kljub takšni raznolikosti imajo vsi veliko skupnega.

Magnetno polje

ki ga ustvari električni tok

Glavna fizikalna lastnost je magnetna indukcija

Električno polje

ustvarja s polnjenjem

glavna fizična lastnost -

poljska jakost

gre za periodične ali skoraj periodične menjave naboja q, jakost toka jaz in napetost U .

Vrste oscilatorja

sistemi

matematične

nihalo

Pomlad

nihalo

Vrste oscilatorja

sistemi

matematične

nihalo

Pomlad

nihalo

Nihajoč

vezje

Shema delovanja amortizerja

Shematski prikaz vrst nihajnih sistemov

Matematično nihalo

Vzmetno nihalo

To je najpreprostejši sistem, v katerem lahko pride do elektromagnetnih nihanj, sestavljen iz kondenzatorja in tuljave, povezane z njegovimi ploščami.

Glede na naravo procesov, ki povzročajo nihajna gibanja

Vrste oscilatorja

premikanje

Na voljo

Prisilno

Nihajni sistem je prepuščen sam sebi, zaradi začetne zaloge energije prihaja do dušenih nihanj.

Nihanja nastanejo zaradi zunanjih, periodično spreminjajočih se sil.

Prosta nihanja so nihanja v sistemu, ki nastanejo po tem, ko se sistem odstrani iz ravnovesnega stanja.

Prisilna nihanja se imenujejo nihanja v vezju pod vplivom zunanjega periodičnega EMF.

Da bi sistem spravili iz ravnovesja, je potrebno dodati dodaten naboj kondenzatorju.

Izvor EMF: na elektrone, ki se gibljejo skupaj z vodniki okvirja, deluje sila iz magnetnega polja, kar povzroči spremembo magnetnega pretoka in s tem induciranega EMF.