Жилищно-комунални услуги 

Презентация на тема осцилаторна верига. Електромагнитни вибрации












Назад напред

внимание! Визуализацията на слайда е само за информационни цели и може да не представя пълния обем на презентацията. Ако се интересувате от тази работа, моля, изтеглете пълната версия.

Цели на урока:

  • образователен: въведе понятията: „електромагнитни трептения“, „трептителна верига“; да покаже универсалността на основните закономерности на колебателните процеси за колебания от всякаква физическа природа; показват, че трептенията в идеална верига са хармонични; разкриват физическия смисъл на характеристиките на вибрациите;
  • развиващи се: развитие на познавателни интереси, интелектуални и творчески способности в процеса на придобиване на знания и умения по физика с използване на различни източници на информация, включително съвременни средства информационни технологии; формиране на умения за оценка на достоверността на природонаучната информация;
  • образователен: възпитаване на убеденост във възможността за познаване на законите на природата; използване на постиженията на физиката в полза на развитието на човешката цивилизация; необходимостта от сътрудничество в процеса на съвместно изпълнение на задачите, готовност за морална и етична оценка на използването на научните постижения, чувство за отговорност за опазване на околната среда.

По време на часовете

I. Организационен момент.

В днешния урок започваме да изучаваме нова глава от учебника и темата на днешния урок е „Електромагнитни трептения. колебателен кръг”.

II. Проверка на домашните.

Нека започнем нашия урок с проверка на домашното.

Слайд 2.Тест за повторение на преминатия материал и курса на 10. клас.

Бяхте помолени да отговорите на въпроси относно диаграмата, показана на фигурата.

1. При каква позиция на ключа SA2 ще мига неонова лампа, когато се отвори ключа SA1?

2. Защо неоновата лампа не мига, когато ключът SA1 е затворен, независимо в каква позиция е ключът SA2?

Тестът се провежда на компютър. Междувременно един от учениците сглобява веригата.

Отговор. Неоновата лампа мига на втората позиция на превключвателя SA2: след отваряне на ключа SA1, поради феномена на самоиндукция, в намотката протича ток, намаляващ до нула, около намотката се възбужда променливо магнитно поле, което генерира вихрово електрическо поле, което за кратко време подпомага движението на електроните в намотката. В горната част на веригата през втория диод (той е свързан в посока напред) ще тече краткотраен ток. В резултат на самоиндукция в бобината, когато веригата се отвори, в нейните краища ще се появи потенциална разлика (ЕМП на самоиндукция), достатъчна за поддържане газоразряднив лампата.

Когато ключът SA1 е затворен (ключът SA2 е в позиция 1), постояннотоковото напрежение на източника не е достатъчно, за да поддържа газоразряда в лампата, така че тя не свети.

Нека проверим дали вашите предположения са верни. Предложената схема е сглобена. Нека да видим какво се случва с неонова лампа, когато ключът SA1 е затворен и отворен на различни позиции на превключвателя SA2.

(Тестът е съставен в програмата MyTest. Резултатът се определя от програмата).

Файл за стартиране на програмата MyTest (намира се в папката с презентацията)

Тест. (Стартирайте програмата MyTest, отворете файла „Тест“, натиснете клавиша F5, за да стартирате теста)

III. Учене на нов материал.

Слайд 3.Постановка на проблема: Нека си припомним какво знаем за механичните вибрации? (Концепцията за свободни и принудени трептения, собствени трептения, резонанс и др.) В електрически вериги, както и в механични системи, като товар върху пружина или махало, могат да възникнат свободни трептения. В днешния урок започваме да изучаваме такива системи. Темата на днешния урок: „Електромагнитни трептения. колебателен кръг”.

Цели на урока

  • да въведем понятията: „електромагнитни трептения“, „трептителна верига“;
  • ще покажем универсалността на основните закономерности на колебателните процеси за колебания от всякаква физическа природа;
  • ще покажем, че трептенията в идеална верига са хармонични;
  • Нека разкрием физическия смисъл на характеристиките на трептене.

Нека първо си припомним какви свойства трябва да притежава една система, за да възникнат свободни трептения в нея.

(В една осцилаторна система трябва да възникне възстановяваща сила и енергията да се преобразува от една форма в друга; триенето в системата трябва да е достатъчно малко.)

В електрически вериги, както и в механични системи, като тежест върху пружина или махало, могат да възникнат свободни трептения.

Какви трептения се наричат ​​свободни? (трептения, които възникват в системата след изваждането й от равновесно положение) Какви трептения се наричат ​​принудени? (колебания, възникващи под действието на външен периодично променящ се ЕМП)

Периодичните или почти периодичните промени в заряда, тока и напрежението се наричат ​​електромагнитни трептения.

слайд 4.След като изобретиха Лайденския буркан и се научиха как да му придадат голям заряд с помощта на електростатична машина, те започнаха да изучават електрическия разряд на буркана. Затваряйки плочите на Лайденския буркан с телена намотка, те откриват, че стоманените спици вътре в намотката са намагнетизирани, но е невъзможно да се предвиди кой край на сърцевината на намотката ще бъде северният полюс и кой южният е невъзможно. Значителна роля в теорията на електромагнитните трептения изигра немският учен от 19 век ХЕЛМХОЛЦ Херман Лудвиг Фердинанд. Наричан е първият лекар сред учените и първият учен сред лекарите. Той изучава физика, математика, физиология, анатомия и психология, постигайки световно признание във всяка от тези области. Обръщайки внимание на осцилаторния характер на разряда на Лайденския буркан, през 1869 г. Хелмхолц показва, че подобни трептения възникват в индукционна бобина, свързана с кондензатор (т.е. по същество той създава колебателна верига, състояща се от индуктивност и капацитет). Тези експерименти изиграха важна роля в развитието на теорията за електромагнетизма.

слайд 4.Обикновено електромагнитните трептения възникват с много висока честота, много по-висока от честотата на механичните трептения. Ето защо електронният осцилоскоп е много удобен за тяхното наблюдение и изследване. (Демонстрация на устройството. Принципът на действието му върху анимацията.)

слайд 4.В момента цифровите осцилоскопи са заменили електронните осцилоскопи. Той ще ни разкаже за принципите на тяхното действие ...

Слайд 5.Анимация на осцилоскоп

слайд 6.Но обратно към електромагнитните трептения. Най-простата електрическа система, която може свободно да осцилира, е последователна RLC верига. Осцилаторната верига е електрическа верига, състояща се от последователно свързан кондензатор с електрически капацитет C, индуктор L и електрическо съпротивление R. Ще я наричаме последователна RLC верига.

Физически експеримент. Имаме верига, чиято диаграма е показана на фигура 1. Нека прикрепим галванометър към бобината. Нека наблюдаваме поведението на стрелката на галванометъра след преместване на превключвателя от позиция 1 в позиция 2. Забелязвате, че стрелката започва да трепти, но тези трептения скоро изчезват. Всички реални вериги съдържат електрическо съпротивление R. За всеки период на трептене част от електромагнитната енергия, съхранена във веригата, се преобразува в джаулова топлина и трептенията се заглушават. Разгледана е графика на затихналите трептения.

Как възникват свободни вибрации в колебателна верига?

Да разгледаме случая, когато съпротивлението R=0 (идеален модел на осцилаторна верига). Какви процеси протичат в една колебателна верига?

Слайд 7.Анимация „Контур на трептене“.

слайд 8.Нека да преминем към количествената теория на процесите в осцилаторна верига.

Помислете за серийна RLC верига. Когато превключвателят K е в позиция 1, кондензаторът е зареден до напрежение. След превключване на ключа в позиция 2 започва процесът на разреждане на кондензатора през резистора R и индуктора L. При определени условия този процес може да бъде колебателен.

Законът на Ом за затворена RLC верига, която не съдържа външен източник на ток, се записва като

където е напрежението на кондензатора, q е зарядът на кондензатора, - ток във веригата. От дясната страна на това съотношение е ЕМП на самоиндукцията на намотката. Ако изберем заряда на кондензатора q(t) като променлива, тогава уравнението, описващо свободните трептения в RLC веригата, може да бъде намалено до следната форма:

Разгледайте случая, когато няма загуба на електромагнитна енергия във веригата (R = 0). Нека въведем обозначението: . Тогава

(*)

Уравнение (*) е основното уравнение, описващо свободните трептения в LC верига (идеална осцилаторна верига) при липса на затихване. На външен вид то точно съвпада с уравнението на свободните вибрации на товар върху пружина или резба при липса на сили на триене.

Написахме това уравнение, когато изучавахме темата „Механични вибрации“.

При липса на затихване свободните трептения в електрическата верига са хармонични, т.е. възникват според закона

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

Защо? (Тъй като това е единствената функция, чиято втора производна е равна на самата функция. Освен това cos0 =1, което означава q(0)=q m)

Амплитудата на колебанията на заряда q m и началната фаза 0 се определят от началните условия, тоест от начина, по който системата е била изведена от равновесие. По-специално, за процеса на трептене, който ще започне във веригата, показана на фигура 1, след превключване на ключа K в позиция 2, q m = C, 0 = 0.

Тогава уравнението на хармоничните колебания на заряда за нашата верига ще приеме формата

q(t) = q m cos 0 t.

Силата на тока също прави хармонични трептения:

слайд 9.Къде е амплитудата на текущите колебания. Колебанията в тока изпреварват по фаза от флуктуациите на заряда.

При свободни трептения електрическата енергия W e, съхранявана в кондензатора, периодично се преобразува в магнитна енергия W m на намотката и обратно. Ако в осцилаторната верига няма загуби на енергия, тогава общата електромагнитна енергия на системата остава непроменена:

слайд 9.Параметрите L и C на колебателния кръг определят само собствената честота на свободните трептения

.

Имайки предвид това, получаваме.

слайд 9.Формула наречена формула на Томсън, английският физик Уилям Томсън (лорд Келвин), който я извежда през 1853г.

Очевидно периодът на електромагнитните трептения зависи от индуктивността на намотката L и капацитета на кондензатора C. Имаме намотка, чиято индуктивност може да се увеличи с желязна сърцевина, и променлив кондензатор. Нека първо си спомним как можете да промените капацитета на такъв кондензатор. Не забравяйте, че това е учебен материал за клас 10.

Променливият кондензатор се състои от два комплекта метални пластини. Когато дръжката се завърти, плочите от един комплект влизат в пролуките между плочите от другия комплект. В този случай капацитетът на кондензатора се променя пропорционално на промяната в площта на припокриващата се част на плочите. Ако плочите са свързани паралелно, тогава чрез увеличаване на площта на плочите ще увеличим капацитета на всеки от кондензаторите, което означава, че капацитетът на цялата кондензаторна банка ще се увеличи. Когато кондензаторите са свързани последователно в батерия, увеличаването на капацитета на всеки кондензатор води до намаляване на капацитета на кондензаторната банка.

Нека да видим как периодът на електромагнитните трептения зависи от капацитета на кондензатора C и индуктивността на намотката L.

слайд 9.Анимация „Зависимост на периода на електромагнитните трептения от L и C“

слайд 10.Нека сега сравним електрическите трептения и трептенията на товар върху пружина. Отворете страница 85 от учебника, фигура 4.5.

Фигурата показва графиките на промяната на заряда q (t) на кондензатора и изместването x (t) на товара от равновесното положение, както и графиките на тока I (t) и скоростта на натоварване v(t) за един период T на трептения.

Имате таблица на вашите маси, която попълнихме, когато изучавахме темата „Механични вибрации“. Приложение 2

Един ред от тази таблица е попълнен. Като използвате фигура 2, параграф 29 от учебника и фигура 4.5 на страница 85 от учебника, попълнете останалите редове от таблицата.

По какво си приличат процесите на свободни електрически и механични трептения? Да видим следната анимация.

Слайд 11.Анимация „Аналогия между електрически и механични вибрации“

Получените сравнения на свободни трептения на товар върху пружина и процеси в електрическа колебателна верига ни позволяват да заключим, че има аналогия между електрическите и механичните величини.

слайд 12.Тези аналогии са представени в таблицата. Приложение 3

Имате същата таблица на вашите таблици и в учебника на страница 86.

И така, ние разгледахме теоретичната част. Разбрахте ли всичко? Може би някой има въпроси?

Сега да преминем към решаването на проблема.

IV. Физкултминутка.

V. Затвърдяване на изучения материал.

Разрешаване на проблем:

  1. задачи 1, 2, задачи от част А № 1, 6, 8 (устно);
  2. задачи № 957 (отговор 5,1 μH), № 958 (отговорът ще се намали с 1,25 пъти) (на дъската);
  3. задача от част Б (устно);
  4. задача номер 1 от част В (на дъската).

Задачите са взети от сборника със задачи за 10-11 клас на А.П. Римкевич и приложения 10. Приложение 4

VI. Отражение.

Учениците попълват отразяваща карта.

VII. Обобщаване на урока.

Постигнати ли са целите на урока? Обобщаване на урока. Оценяване на учениците.

VIII. Домашна работа.

Параграфи 27 - 30, № 959, 960, останалите задачи от Приложение 10.

Литература:

  1. Мултимедиен курс по физика „Отворена физика“ версия 2.6, редактиран от професор MIPT S.M. Коза.
  2. Задачна книга 10-11 клас. А.П. Римкевич, Москва „Просвещение“, 2012 г.
  3. Физика. Учебник за 11 клас учебни заведения. Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин. Москва „Просвещение“, 2011 г.
  4. Електронно допълнение към учебника на Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцева, В.М. Чаругин. Москва „Просвещение“, 2011 г.
  5. Електромагнитна индукция. Качествени (логически) задачи. 11 клас, физико-математически профил. СМ. Новиков. Москва "Чистые пруди", 2007 г. Библиотека "Първи септември". Серия "Физика". Брой 1 (13).
  6. http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S.Ако не е възможно да се осигури на всеки ученик компютър, тогава тестът може да се проведе писмено.


Има колебания

механични, електромагнитни, химични, термодинамични

и различни други. Въпреки това разнообразие, всички те имат много общи неща.


  • Магнитно поле

генериран от електрически ток

основната физична характеристика е магнитната индукция

  • Електрическо поле

генерира c i заряд

основна физическа характеристика

сила на полето


  • са периодични или почти периодични смени на заряда р, текущ ази стрес U .

Видове колебания

системи

Математически

махало

пролет

махало


Видове колебания

системи

Математически

махало

пролет

махало

колебателен

Верига

Схема на амортисьора


Схематично представяне на видовете трептителни системи

Математическо махало

Пружинно махало



  • това е най-простата система, в която могат да възникнат електромагнитни трептения, състояща се от кондензатор и намотка, прикрепена към неговите плочи.

По естеството на процесите, които предизвикват колебателни движения

Видове колебания

движения

Безплатно

Принуден

Осцилаторната система е оставена на себе си, възникват затихващи трептения поради първоначалния запас от енергия.

Флуктуациите възникват поради външни, периодично променящи се сили.


  • Свободни трептения се наричат ​​трептения в системата, които възникват след изваждането й от състояние на равновесие.
  • Принудените трептения се наричат ​​трептения във веригата под действието на външен периодичен ЕМП.
  • За да изведете системата от равновесие, е необходимо да придадете допълнителен заряд на кондензатора.
  • Произходът на ЕМП: електроните, движещи се заедно с проводниците на рамката, се влияят от сила от магнитното поле, което води до промяна в магнитния поток и съответно ЕМП на индукция.

за наблюдение и изследване най-подходящият инструмент е електронен осцилоскоп


ОСЦИЛОСКОП

(от лат. oscillo - люлея се и "броя"), измерване

инструмент за наблюдение на връзката между двама

или няколко бързо променящи се количества

(електрически или преобразувани в електрически)

Най-често срещаните катодни осцилоскопи

в които електрически сигнали

пропорционално на изменението на изследваните количества,

въведете отклонителните плочи

тръба на осцилоскоп;

на екрана на тръбата наблюдават или

фотографска графика

изображение на зависимост.


Л- ИНДУКТИВНОСТ намотки, gn


° С- ЕЛЕКТРИЧЕСКИ КАПАЦИТЕТ КОНДЕНЗАТОР, Е


ЗАРЯДНО УСТРОЙСТВО

КОНДЕНЗАТОР

W- енергия на електрическото поле, J


Разряд на кондензатор: енергията на електрическото поле намалява, но в същото време енергията на магнитното поле на тока се увеличава.

  • W=Li²/2 -

енергия на магнитното поле, J

i- променлив ток, A


Общата енергия на електромагнитното поле на веригата е равна на сумата от енергиите на магнитното и електрическото поле.

У = L i 2 / 2 + q 2 / 2С



W el W m W el

Преобразуване на енергия в колебателен кръг

q 2 /2 C \u003d q 2 /2 C + Li 2 /2 \u003d Li 2 /2


В реални трептящи вериги

винаги има активно съпротивление,

което определя

затихване на трептенията.



Механични и електромагнитни трептения и трептителни системи

механичните и електромагнитните трептения се подчиняват на точно същите количествени закони


Освен механичните трептения в природата съществуват

електромагнитни вибрации.

Те се провеждат в

колебателна верига.

Състои се от

намотки и кондензатори.

  • Какви трансформации се извършват във веригата

енергийни трансформации



  • §27-28,
  • конспект в тетрадки,
  • повтарящи се механични вибрации: определения и физични величини, характеризиращи вибрациите.

За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт в Google (акаунт) и влезте: https://accounts.google.com


Надписи на слайдове:

Осцилаторна верига. Електромагнитни вибрации. Принципът на радиокомуникацията и телевизията Урок №51

Електромагнитните трептения са периодични промени във времето в електрически и магнитни величини (заряд, ток, напрежение, интензитет, магнитна индукция и т.н.) в електрическа верига. Както знаете, за да се създаде мощна електромагнитна вълна, която може да се регистрира от устройства на големи разстояния от излъчваща антена, е необходимо честотата на вълната да е не по-малка от 0,1 MHz.

Една от основните части на генератора е осцилаторна верига - това е осцилаторна система, състояща се от намотки, свързани последователно с индуктивност L, кондензатор с капацитет C и резистор със съпротивление R.

След като изобретиха Лайденския буркан (първия кондензатор) и се научиха как да му придадат голям заряд с помощта на електростатична машина, те започнаха да изучават електрическия разряд на буркана. Затваряйки облицовката на лайденския буркан с помощта на намотка, открихме, че стоманените спици вътре в намотката са намагнетизирани. Странното беше, че беше невъзможно да се предвиди кой край на сърцевината на намотката ще бъде северният полюс и кой южният. Не беше веднага разбрано, че когато кондензаторът се разреди през бобина, в електрическата верига възникват трептения.

Периодът на свободните трептения е равен на естествения период на трептящата система, в този случай периодът на веригата. Формулата за определяне на периода на свободните електромагнитни трептения е получена от английския физик Уилям Томсън през 1853 г.

Схемата на предавателя на Попов е доста проста - това е осцилаторна верига, която се състои от индуктивност (вторична намотка на бобината), захранвана батерия и капацитет (искрова междина). Ако натиснете клавиша, тогава в искровата междина на бобината прескача искра, причинявайки електромагнитни трептения в антената. Антената е отворен вибратор и излъчва електромагнитни вълни, които, достигайки антената на приемната станция, възбуждат електрически трептения в нея.

За да регистрира получените вълни, Александър Степанович Попов използва специално устройство - кохерер (от латинската дума "coherence" - съединител), състоящо се от стъклена тръба, съдържаща метални стружки. На 24 март 1896 г. са предадени първите думи с морзовата азбука – „Хайнрих Херц“.

Въпреки че съвременните радиоприемници много малко приличат на приемника на Попов, основните принципи на тяхната работа са същите.

Основни изводи: - Осцилаторният кръг е колебателна система, състояща се от последователно свързани намотка, кондензатор и активно съпротивление. - Свободните електромагнитни трептения са трептения, които възникват в идеална осцилаторна верига поради изразходването на енергия, предадена на тази верига, която не се допълва в бъдеще. – Периодът на свободните електромагнитни трептения може да се изчисли с помощта на формулата на Томсън. - От тази формула следва, че периодът на колебателната верига се определя от параметрите на нейните съставни елементи: индуктивността на намотката и капацитета на кондензатора. Радиокомуникацията е процес на предаване и получаване на информация с помощта на електромагнитни вълни. – Амплитудна модулация е процесът на промяна на амплитудата на високочестотните трептения с честота, равна на честотата на звуковия сигнал. – Процесът, обратен на модулацията, се нарича детекция.

"Свободни трептения" - Непрекъснати трептения. Свободни електромагнитни трептения. Където i и q са силата на тока и електрически зарядпо всяко време. Според закона за електромагнитната индукция: Общата електромагнитна енергия на колебателната верига. Броят на трептенията за единица време се нарича честота на трептене: Обща енергия.

"Механичен резонанс" - 1. Верига на Египетския мост в Санкт Петербург. Резонанс в технологиите. 3. Мексико Сити 1985 г Висящ мост Такома. Стойност на положителен резонанс Честотомер. 2. Държавна образователна институция Гимназия № 363 на Фрунзенски район. Механичен рид честотомер - устройство за измерване на честотата на вибрациите.

"Честота на вибрациите" - звукови вълни. Нека да помислим???? Инфразвук се използва във военното дело, риболов и др. Може ли звукът да се разпространява в газове, течности, твърди вещества? Какво определя силата на звука? Какво определя височината на звука? Скорост на звука. Ултразвук. В този случай трептенията на източника на звук са очевидни.

"Механични вибрации" - Напречни. Графика на пружинно махало. осцилаторно движение. Безплатно. Надлъжно. „Вибрации и вълни“. Хармоничен. Безплатни вибрации. Вълни - разпространението на вибрации в пространството във времето. Изпълнено от: ученик от 11 "А" клас Олейникова Юлия. Принудителни вибрации. Вълни. Математическо махало.