Конспект урока Тема: «Колебательный контур. Электромагнитные колебания. Уравнения гармонических колебаний. Формула Томсона».

Дата ___22.10.2021 г____________ Физика 11 класс

Учитель физики МБОУ «Пушкинская СШ»: Смеянова Т.В.

Урок № ___________.

Тема: «Колебательный контур. Электромагнитные колебания.

Уравнения гармонических колебаний. Формула Томсона».

Планируемые результаты:

предметные: сформировать понятия электромагнитных колебаний и колебательного контура; сформировать представление как в колебательном контуре энергия электрического поля периодически превращается в энергию магнитного поля; показать, что колебания в идеальном колебательном контуре являются гармоническими; получить основное уравнение, описывающее свободные электрические колебания в контуре; вывести формулу, с помощью которой можно вычислить период свободных электрических колебаний.

метапредметные: развитие навыков самостоятельного поиска решения задач, логического мышления, умения рассуждать, сравнивать, делать выводы

личностные: воспитание умения работать в группе, формирование физического мышления. содействовать формированию у учащихся умения осознавать собственную учебную деятельность, осуществлять самоконтроль.

Ход урока

II. Проверка домашнего задания

III. Физический диктант.

1.

Периодические изменения физической величины в зависимости от времени, происходящие по закону синуса или косинуса, называются … гармоническими колебаниями.

2.

период колебаний тела на пружине и период колебаний нитяного маятника

3. Зависимость координаты от времени:

4. Резонанс - резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты внешней силы с частотой собственных колебаний системы.

5. Энергия колеблющегося тела:

IV. Подготовка к восприятию нового материала. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

На прошлом уроке мы закончили изучение механических колебаний и повторили некоторые вопросы из раздела Электродинамика. Посмотрите на экран

Вопросы к слайду 1

1. Что изображено на экране?

Колебательные системы.

2. Почему мы называем эти системы колебательными?

В них возникают колебания.

3. Дайте определение

Что называется колебаниями

это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени.

4. Какие колебания называются свободными?

свободные -- колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из положения равновесия

5. Выскажите свои предположения: почему рядом в этими двумя рисунками я расположила третий?

это тоже колебательная система

6. Правильно, это колебательная система.

Предположите, чем сегодня на уроке мы будем заниматься?

Изучать эту колебательную систему.

7. Попробуйте конкретизировать цели урока.

-- из чего состоит

-- какие колебания возникают

-- как возникают колебания

-- условия возникновения

-- уравнение колебаний

-- основные характеристики колебаний

8. Добавлю: мы еще пронаблюдаем за превращениями энергии в этом колебательном контуре.

V. Актуализация знаний. Первичное усвоение новых знаний.

Кроме свободных механических колебаний существуют свободные электромагнитные колебания.

Электромагнитные колебания были открыты почти случайно.

После того как изобрели лейденскую банку (первый конденсатор) и научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической машины, начали изучать электрический разряд банки.

Замыкая обкладки лейденской банки с помощью катушки , обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются.

В этом ничего удивительного не было: электрический ток и должен намагничивать стальной сердечник катушки.

Странным же было то, что нельзя было предсказать, какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой южным.

Повторяя опыт примерно в одинаковых условиях, получали в одних случаях один результат, а в других другой.

-- Ребята, есть ли у вас объяснение этому?

Далеко не сразу поняли, что при разрядке конденсатора через катушку в электрической цепи возникают колебания.

За время разрядки конденсатор успевает много раз перезарядиться, и ток меняет направление много раз, в результате чего сердечник может намагничиваться различным образом.

Слайд 4. определение электромагнитных колебаний и колебательного контура. Представляю схему колебательного контура.

- Что необходимо сделать, чтобы в этом колебательном контуре возникли колебания?

- Как это сделать?

- Тогда в диэлектрике конденсатора возникнет электрическое поле. На обкладках конденсатора появится разность потенциалов.

- Электромагнитные колебания обычно происходят с очень большой скоростью. Примечание: только высокочастотные колебания могут передаваться на расстояние и переносить информацию (звук, изображение).

- Как можно пронаблюдать за тем, что будет происходить дальше?

- Обнаружить наличие колебаний позволяет прибор -- осциллограф.

Осциллограф подключаем к конденсатору.

Сначала зарядим конденсатор. Ключ в положении 1. Затем переведем ключ в положение 2.

- Что увидим на экране осциллографа?

Соотносим состояние конденсатора с изображением на экране осциллографа.

Увеличим область графика. Видим затухающие колебания.

- Почему колебания напряжения в колебательном контуре будут затухающими?

- Перечислите что нужно для возникновения электромагнитных колебаний.

Условия возникновения электромагнитных колебаний:

1. Наличие колебательного контура.

2. Электрическое сопротивление должно быть очень маленьким.

3.Зарядить конденсатор

Рассмотрим весь колебательный процесс.

Рассмотрим подробнее преобразования энергии в колебательном контуре.

Некоторые вопросы по ходу вывода основного уравнения, описывающего свободные электромагнитные колебания:

- В чем заключается закон сохранения энергии?

- Что представляет собой первая производная по времени от энергий магнитного и электрического полей?

- Что означает знак "-" в уравнении производных? Каков его физический смысл?

- Что может являться решением уравнения? Вспомните механические колебания.

- Вспомните как называются колебания происходящие по закону синуса или косинуса. (Гармонические колебания).

Продолжим работать с формулами.

- Коэффициент в уравнении представляет собой квадрат циклической частоты.

- Формула периода свободных колебаний в контуре называется формулой Томсона в честь английского физика У.Томсона (Кельвина), который ее впервые вывел.

VI. Первичное закрепление. Исследование характеристик колебательного контура.

Работа в малых группах. Учащиеся получают задания.

1 группа

1. Как и во сколько раз измениться частота собственных электромагнитных колебаний в контуре, если электроемкость конденсатора увеличит в 4 раза ?

2. Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Индуктивность катушки уменьшили от 36 мГн до 4 мГн. Как и во сколько раз изменится в результате этого частота электромагнитных колебаний в контуре?

2 группа

В наборе радиодеталей для изготовления простого колебательного контура имеются две катушки с индуктивностями L1=1 мкГн и L2=2 мкГн ,а также два конденсатора, емкость которых С1=30пФ и С2 =40пФ. При каком выборе двух элементов из этого набора частота собственных колебаний контура будет наибольшей ?

3 группа

В колебательном контуре зависимость заряда q на конденсаторе от времени t имеет вид

.

Какую информацию о колебаниях заряда в контуре можно получить из этого уравнения?

(

)

4 группа

Заполнить таблицу для электромагнитных колебаний в контуре и построить график зависимости q(t) и i(t) (схематично).

| | | | | | |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| часть периода Т | 0 | Т/4 | Т/2 | 3Т/4 | Т |
| q | max | | | | |
| i | 0 | | | | |

Обсуждение решений.

Учащиеся выходят к доске или с места выдают решения своих задач. Делают выводы: о зависимости (обратной пропорциональности) частоты и величин L и C; о том, что колебания силы тока опережают по фазе на

колебания заряда; устанавливают графическое соответствие между колебаниями силы тока в контуре и изменениями энергии электрического поля конденсатора.

6. Домашнее задание (Слайд 22 ) Д/з §27, 28,30, упр.4 №2
7. Рефлексия

Вспомните, те цели, что мы ставили в начале урока.

Все ли выполнили? Какие вопросы вызывают затруднение? Понравился ли вам урок?