Презентація «Коливальний контур. Електромагнітні коливання. Принцип радіозв'язку та телебачення» презентація до уроку з фізики (9 клас) на тему. Коливальний контур Презентації з фізики 9 кл коливальний контур

Щоб скористатися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Коливальний контур. Електромагнітні коливання. Принцип радіозв'язку та телебачення Урок №51

Електромагнітні коливання - це періодичні зміни з часом електричних та магнітних величин (заряду, сили струму, напруги, напруженості, магнітної індукції та ін) в електричному ланцюзі. Як відомо, для створення потужної електромагнітної хвилі, яку можна було б зареєструвати приладами на великих відстанях від випромінюючої антени, необхідно щоб частота хвилі не менше 0,1 МГц.

Однією з основних частин генератора є коливальний контур - це коливальна система, що складається з послідовно котушки індуктивністю L , конденсатора ємністю C і резистора опором R .

Після того, як винайшли лейденську банку (перший конденсатор) і навчилися повідомляти їй великий заряд за допомогою електростатичної машини, почали вивчати електричний розряд банки. Замикаючи обкладки лейденської банки за допомогою котушки, виявили, що сталеві спиці усередині котушки намагнічуються. Дивним було те, що не можна було передбачити, який кінець сердечника котушки виявиться північним полюсом, а який південним. Далеко не відразу зрозуміли, що при розрядці конденсатора через котушку в електричному ланцюзі виникають коливання.

Період вільних коливань дорівнює власному періоду коливальної системи, у разі періоду контуру. Формула визначення періоду вільних електромагнітних коливань була отримана англійським фізиком Вільямом Томсоном в 1853 р.

Схема передавача Попова досить проста - це коливальний контур, який складається з індуктивності (вторинної обмотки котушки), батареї, що живиться, і ємності (іскрового проміжку). Якщо натиснути на ключ, то в іскровому проміжку котушки проскакує іскра, що викликає електромагнітні коливання в антені. Антена є відкритим вібратором і випромінює електромагнітні хвилі, які, досягнувши антени приймальної станції, збуджують електричні коливання.

Для реєстрації прийнятих хвиль Олександр Степанович Попов застосував спеціальний прилад - когерер (від латинського слова «когеренціо» - зчеплення), що складається зі скляної трубки, в якій знаходиться металева тирса. 24 березня 1896 були передані перші слова за допомогою азбуки Морзе - «Генріх Герц».

Хоча сучасні радіоприймачі дуже мало нагадують приймач Попова, основні принципи їхньої дії самі.

Основні висновки: - Коливальний контур - це коливальна система, що складається з послідовно котушки, конденсатора і активного опору, що включені послідовно. – Вільні електромагнітні коливання - це коливання, що відбуваються в ідеальному коливальному контурі за рахунок витрачання повідомленої цього контуру енергії, яка надалі не поповнюється. – Період вільних електромагнітних коливань можна розрахувати за допомогою формули Томсона. – З цієї формули випливає, що період коливального контуру визначається параметрами складових його елементів: індуктивності котушки та ємності конденсатора. - Радіозв'язок - це процес передачі та прийому інформації за допомогою електромагнітних хвиль. – Амплітудна модуляція – це процес зміни амплітуди високочастотних коливань із частотою, що дорівнює частоті звукового сигналу. - Процес, зворотний модуляції називається детектуванням.

«Вільні коливання» - Незагасні коливання. Вільні електромагнітні коливання. Де i та q – сила струму та електричний заряд у будь-який момент часу. За законом електромагнітної індукції: Повна електромагнітна енергія коливального контуру. Число коливань в одиницю часу називається частотою коливань: Повна енергія.

"Механічний резонанс" - 1. Ланцюг Єгипетського мосту в Санкт-Петербурзі. Резонанс у техніці. 3. Мехіко 1985р. Такомський висячий міст. Позитивне значення резонансу Частотомір. 2. Державна загальноосвітня установа Гімназія №363 Фрунзенського району. Механічний язичковий частотомір – прилад для вимірювання частоти коливань.

"Частота коливань" - Звукові хвилі. Подумаємо???? Інфразвук використовується у військовій справі, рибальському промислі тощо. Чи може звук поширюватись у газах, рідинах, твердих тілах? Від чого залежить гучність звуку? Від чого залежить висота звуку? Швидкість звуку. Ультразвук. У разі коливання джерела звуку очевидні.

"Механічні коливання" - Поперечні. Графік пружинного маятника. Коливальний рух. Вільні. Поздовжні. «Коливання та хвилі». Гармонійні. Вільні вагання. Хвилі - поширення коливань у просторі з часом. Виконала: учениця 11 класу "А" Олійникова Юлія. Вимушені коливання. Хвилі. Математичний маятник.

Назад вперед

Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.

Цілі уроку:

навчальні: ввести поняття: електромагнітні коливання, коливальний контур; показати універсальність основних закономірностей коливальних процесів для коливань будь-якої фізичної природи; показати, що коливання ідеальному контурі є гармонійними; розкрити фізичний зміст показників коливань;
розвиваючі: розвиток пізнавальних інтересів, інтелектуальних та творчих здібностей у процесі набуття знань та умінь з фізики з використанням різних джерел інформації, у тому числі засобів сучасних інформаційних технологій; формування умінь оцінювати достовірність природничо інформації;
виховні: виховання впевненості у можливості пізнання законів природи; використання досягнень фізики на благо розвитку людської цивілізації; необхідності співробітництва у процесі спільного виконання завдань, готовності до морально-етичної оцінки використання наукових досягнень, почуття відповідальності за захист довкілля.

Хід уроку

I. Оргмомент.

На сьогоднішньому уроці ми починаємо вивчення нового розділу підручника і тема сьогоднішнього уроку “Електромагнітні коливання. Коливальний контур”.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

Почнемо наш урок із перевірки домашнього завдання.

Слайд 2Тест на повторення пройденого матеріалу та курсу 10 класу.

Вам було запропоновано відповісти на запитання до схеми, зображеної на малюнку.

1. При якому положенні SA2 неонова лампа при розмиканні ключа SA1 спалахне?

2. Чому неонова лампа не спалахує при замиканні ключа SA1, в якому положенні не був перемикач SA2?

Тест виконується на комп'ютері. Один із тих, хто навчається тим часом збирає схему.

Відповідь. Неонова лампа спалахує при другому положенні перемикача SA2: після розмикання ключа SA1 внаслідок явища самоіндукції в котушці тече струм, що спадає до нуля, навколо котушки збуджується змінне магнітне поле, що породжує вихрове електричне поле, яке протягом короткого часу підтримує рух електро. По верхній частині ланцюга через другий діод (він включений у пропускному напрямку) протікає короткочасний струм. В результаті самоіндукції в котушці при розмиканні ланцюга з'явиться різниця потенціалів на її кінцях (ЕС самоіндукції), достатня для підтримки газового розряду в лампі.

При замиканні ключа SA1 (ключ SA2 у положенні 1) напруги джерела постійного струму не вистачає для підтримки газового розряду в лампі, тому вона не спалахує.

Давайте перевіримо правильність ваших припущень. Запропонована схема зібрана. Подивимося, що відбувається з неоновою лампою при замиканні та розмиканні ключа SA1 за різних положень перемикача SA2.

(Тест складено у програмі MyTest. Оцінка виставляється програмою).

Файл для запуску програми MyTest (перебуває у папці з презентацією)

Тест. (Запустити програму MyTest, відкрити файл “Тест”, натиснути клавішу F5 для початку тестування)

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

Слайд 3.Постановка задачі: Давайте пригадаємо, що ми знаємо про механічні коливання? (Поняття вільні та вимушені коливання, автоколивання, резонанс тощо). В електричних ланцюгах, так само як і в механічних системах, таких як вантаж на пружині або маятник, можуть виникати вільні коливання. На сьогоднішньому уроці ми розпочинаємо вивчення таких систем. Тема сьогоднішнього уроку: “Електромагнітні коливання. Коливальний контур”.

Цілі уроку

введемо поняття: електромагнітні коливання, коливальний контур;
покажемо універсальність основних закономірностей коливальних процесів для коливань будь-якої фізичної природи;
покажемо, що коливання ідеальному контурі є гармонійними;
розкриємо фізичний зміст показників коливань.

Згадаймо спочатку які властивості має володіти, система для того щоб в ній могли виникнути вільні коливання.

(У коливальній системі повинна виникати сила, що повертає, і відбуватися перетворення енергії з одного виду в інший, тертя в системі має бути досить мало.)

В електричних ланцюгах, так само як і в механічних системах, таких як вантаж на пружині або маятник, можуть виникати вільні коливання.

Які коливання називаються вільними коливаннями? (Коливання, які виникають у системі після виведення її з положення рівноваги) Які коливання називаються вимушеними коливаннями? (Коливання, що відбуваються під дією зовнішньої ЕРС, що періодично змінюється)

Періодичні або періодичні зміни заряду, сили струму і напруги називаються електромагнітними коливаннями.

Слайд 4.Після того, як винайшли лейденську банку і навчилися повідомляти їй великий заряд за допомогою електростатичної машини, почали вивчати електричний розряд банки. Замикаючи обкладки лейденської банки за допомогою дротяної котушки, виявили, що сталеві спиці всередині котушки намагнічуються, але передбачити який кінець осердя котушки виявиться північним полюсом, а яким південним не можна було. Чималу роль теорії електромагнітних коливань відіграв німецький вчений XIX століття ГЕЛЬМГОЛЬЦ Герман Людвіг Фердинанд. Його називають першим лікарем серед учених та першим ученим серед лікарів. Він займався фізикою, математикою, фізіологією, анатомією та психологією, домігшись у кожній з цих областей світового визнання. Звернувши увагу на коливальний характер розряду лейденської банки, в 1869 Гельмгольц показав, що аналогічні коливання виникають в індукційній котушці, з'єднаній з конденсатором (тобто, по суті, створив коливальний контур, що складається з індуктивності і ємності). Ці досліди відіграли велику роль у розвитку теорії електромагнетизму.

Слайд 4.Зазвичай електромагнітні коливання відбуваються з дуже великою частотою значно перевищує частоту механічних коливань. Тому для їх спостереження та дослідження дуже зручний електронний осцилограф. (Демонстрація приладу. Принцип його на анімації.)

Слайд 4.На зміну електронним осцилографам прийшли цифрові. Про принципи їхньої дії нам розповість...

Слайд 5.Анімація "Осцилограф"

Слайд 6.Але повернемося до електромагнітних коливань. Найпростішою електричною системою, здатною здійснювати вільні коливання є послідовний RLC-контур. Коливальним контуром називається електричний ланцюг, що складається з послідовно з'єднаних конденсатора електроємністю, котушки індуктивністю L і електричного опору R. Його називатимемо послідовним RLC-контуром.

Фізичний експеримент. У нас є ланцюг, схема якого зображена на малюнку 1. Приєднаємо до котушки гальванометр. Спостерігаємо за поведінкою стрілки гальванометра після перемикання перемикача з положення 1 в положення2. Ви помітили, що стрілка починає вагатися, але ці коливання незабаром згасають. Всі реальні контури містять електричний опір R. За кожен період коливань частина електромагнітної енергії, запасеної в контурі, перетворюється на джоулеве тепло, і коливання стають загасаючими. Розглядається графік загасаючих коливань.

Як же відбуваються вільні коливання у коливальному контурі?

Розглянемо випадок, коли опір R=0 (модель ідеального коливального контуру). Які ж процеси відбуваються у коливальному контурі?

Слайд 7.Анімація "Коливний контур".

Слайд 8.Перейдемо до кількісної теорії процесів у коливальному контурі.

Розглянемо послідовний контур RLC. Коли ключ K знаходиться у положенні 1, конденсатор заряджається до напруги . Після перемикання ключа положення 2 починається процес розрядки конденсатора через резистор R і котушку індуктивності L. За певних умов цей процес може мати коливальний характер.

Закон Ома для замкнутого RLC-ланцюга, що не містить зовнішнього джерела струму, записується у вигляді

де - напруга на конденсаторі, q - заряд конденсатора, - Струм у ланцюгу. У правій частині цього співвідношення стоїть ЕРС самоіндукції котушки. Якщо як змінну величину вибрати заряд конденсатора q(t), то рівняння, що описує вільні коливання в RLC-контурі, може бути приведено до наступного виду:

Розглянемо випадок, як у контурі немає втрат електромагнітної енергії (R = 0). Введемо позначення: . Тоді

(*)

Рівняння (*) – основне рівняння, що описує вільні коливання в LC-контурі (ідеальному коливальному контурі) без загасання. На вигляд воно точно збігається з рівнянням вільних коливань вантажу на пружині або нитки без сил тертя.

Це рівняння ми з вами записували щодо теми “Механічні коливання”.

За відсутності згасання вільні коливання в електричному контурі є гармонійними, тобто відбуваються за законом

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

Чому? (Оскільки це єдина функція друга похідна від якої дорівнює самій функції. Крім того, cos0 =1, а значить q(0)=q m)

Амплітуда коливань заряду q m та початкова фаза 0 визначаються початковими умовами, тобто тим способом, за допомогою якого система була виведена зі стану рівноваги. Зокрема, для процесу коливань, який почнеться в контурі, зображеному на малюнку 1, після перемикання ключа K положення 2, q m = C, 0 = 0.

Тоді рівняння гармонійних коливань заряду для нашого контуру набуде вигляду

q(t) = q m cos 0 t.

Сила струму також здійснює гармонійні коливання:

Слайд 9.Де – амплітуда коливань сили струму. Коливання сили струму випереджають по фазі коливання заряду.

При вільних коливаннях відбувається періодичне перетворення електричної енергії W е, запасеної в конденсаторі, магнітну енергію W м котушки і навпаки. Якщо коливальному контурі немає втрат енергії, то повна електромагнітна енергія системи залишається незмінною:

Слайд 9.Параметри L і C коливального контуру визначають лише власну частоту вільних коливань

Враховуючи, що , отримаємо .

Слайд 9.Формулу називають формулою Томсона, англійського фізика Вільяма Томсона (лорда Кельвіна), який вивів її 1853 року.

Очевидно, що період електромагнітних коливань залежить від індуктивності котушки L та ємності конденсатора С. У нас є котушка, індуктивність якої можна збільшити за допомогою залізного сердечника, та конденсатор змінної ємності. Давайте спочатку згадаємо, як можна змінювати ємність такого конденсатора. Нагадую, це матеріал курсу 10 класу.

Конденсатор змінної ємності складається із двох наборів металевих пластин. При обертанні рукоятки пластини одного набору входять проміжки між пластинами іншого набору. При цьому ємність конденсатора змінюється пропорційно зміни площі частини пластин, що перекриває. Якщо пластини з'єднані паралельно, то, збільшуючи площу пластин, ми збільшуватимемо ємність кожного з конденсаторів, а значить, і ємність всієї батареї конденсаторів буде збільшуватися. При послідовному з'єднанні конденсаторів батарею збільшення ємності кожного конденсатора спричиняє зменшення ємності батареї конденсаторів.

Подивимося, як залежить період електромагнітних коливань від ємності конденсатора C та індуктивності котушки L.

Слайд 9.Анімація "Залежність періоду електромагнітних коливань від L і C"

Слайд 10.Порівняємо тепер електричні коливання та коливання вантажу на пружині. Відкрийте сторінку 85 підручника, рисунок 4.5.

На малюнку наведено графіки зміни заряду q(t) конденсатора та зміщення x(t) вантажу від положення рівноваги, а також графіки струму I(t) та швидкості вантажу v(t) за період T коливань.

У вас на столах є таблиця, яку ми заповнювали щодо теми “Механічні коливання”. Додаток 2.

Один рядок цієї таблиці у Вас заповнений. Скориставшись малюнком 2, параграф 29 підручника та малюнком 4.5 на сторінці 85 підручника заповніть рядки таблиці, що залишилися.

Чим же схожі процеси вільних електричних та механічних коливань? Давайте подивимося таку анімацію.

Слайд 11.Анімація “Аналогія між електричними та механічними коливаннями”

Отримані порівняння вільних коливань вантажу на пружині та процесів в електричному коливальному контурі дозволяють зробити висновок про аналогію між електричними та механічними величинами.

Слайд 12.Ці аналогії представлені у таблиці. Додаток 3.

Така сама таблиця є у вас на столах та у підручнику на сторінці 86.

Отже, теоретичну частину ми розглянули. Чи все вам було зрозуміло? Можливо, у когось виникли запитання?

Тепер перейдемо до вирішення завдань.

IV. Фізкультхвилинка.

V. Закріплення вивченого матеріалу.

Вирішення задач:

задачі 1, 2, задач частини А №1, 6, 8 (усно);
завдання №957 (відповідь 5,1 мкГн), №958 (відповідь зменшиться в 1,25 рази) (біля дошки);
завдання частини (усно);
Завдання №1 частини С (біля дошки).

Завдання взято зі збірки завдань для 10-11 класів А.П. Римкевича та додатки 10. Додаток 4.

VI. Рефлексія.

Учні заповнюють рефлексивну карту.

VII. Підбиття підсумків уроку.

Чи досягнуті цілі уроку? Підбиття підсумків уроку. Оцінювання учнів.

VIII. Завдання додому.

Параграфи 27 – 30, № 959, 960, задачі, що залишилися з додатка 10.

Література:

Мультимедійний курс фізики "Відкрита фізика" версія 2.6 за редакцією професора МФТІ С.М. Козела.
Задачник 10-11 клас. А.П. Римкевич, Москва "Освіта", 2012 рік.
фізика. Підручник для 11 класу загальноосвітніх закладів. Г.Я.Мякішев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругін. Москва "Освіта", 2011 рік.
Електронний додаток до підручника Г.Я.Мякішева, Б.Б. Буховцева, В.М. Чаругіна. Москва "Освіта", 2011 рік.
Електромагнітна індукція. Якісні (логічні) завдання. 11 клас, фізматпрофіль. С.М. Новіков. Москва "Чисті ставки", 2007р. Бібліотечка "Першого вересня". Серія "Фізика". Випуск 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S.Якщо немає можливості надати кожному учню комп'ютер, тест можна провести письмово.

Коливання бувають

механічні, електромагнітні, хімічні, термодинамічні

та різні інші. Незважаючи на таку різноманітність, усі вони мають між собою багато спільного.

Магнітне поле

породжується електричним струмом

основна фізична характеристика - магнітна індукція

Електричне поле

породжує з я зарядом

основна фізична характеристика-

напруженість поля

це періодичні чи майже періодичні зміни заряду q, сили струму Iта напруги U .

Типи коливальних

систем

Математичний

маятник

Пружинний

маятник

Типи коливальних

систем

Математичний

маятник

Пружинний

маятник

Коливальний

Контур

Схема роботи амортизатора

Схематичне представлення типів коливальних систем

Математичний маятник

Пружинний маятник

це найпростіша система, в якій можуть відбуватися електромагнітні коливання, що складається з конденсатора та котушки, приєднаної до його обкладок.

За характером процесів, що викликають коливальні рухи

Типи коливального

руху

Вільні

Вимушені

Коливальна система надана сама собі, загасаючі коливання відбуваються за рахунок первісного запасу енергії.

Коливання відбуваються рахунок зовнішніх, періодично змінюються сил.

Вільними коливаннями називаються коливання в системі, що виникають після виведення її зі стану рівноваги.

Вимушеними коливаннями називаються коливання ланцюга під впливом зовнішньої періодичної ЕРС.

Щоб вивести систему стану рівноваги, необхідно повідомити конденсатору додатковий заряд.

Походження ЕРС: на рамки електрони, що рухаються разом з провідниками рамки діє сила з боку магнітного поля, що викликає зміну магнітного потоку і, відповідно, ЕРС індукції.