Урок физики Электромагнитные колебания. Формула Томсона.

Дата: ___________ Класс: 9 класс Предмет: физика Учитель Шварц Г.С. Тема: «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. Формула Томсона». Цель урока: изучить понятие «электромагнитные колебания» и формулу Томсона. Задачи: Воспитательная: воспитать культуру умственного труда; внимательность при объяснении нового материала. Образовательная: Дать понятие математического и пружинного маятника, изучить понятие электромагнитные колебания и изучить формулу Томсона и применять её при решении задач. Развивающая: способствовать развитию мыслительной деятельности. Требования к знаниям и умениям: Учащиеся должны знать: -что называется свободным и вынужденным колебанием - что называется колебательным контуром, определение электромагнитных колебаний Учащиеся должны уметь: вычислять l, Т, т, к, и на основании формул для периода математического и пру­жинного маятников решать качест­венные задачи, объяснять явления на основе изученного; применять формулу Томсона при решении задач Тип урока: комбинированный урок Оборудование: учебник, рабочая тетрадь, интерактивная доска, компьютер, презентация. План: I Орг. момент II Проверка домашнего задания III Устный опрос по прошедшим темам: « Колебательное движение. Превращение энергии при колебательном движении». IV Изучение нового материала: 1.Электромагнитные колебания 2. Формула Томсона 3. Решение задач V Рефлексия VI Подведение итогов VII Домашнее задание Ход урока: I Орг. момент II Проверка домашнего задания: ( Слайд 3) Устный опрос по прошедшим темам: «колебательное движение» - Что такое математический маятник? - От чего зависит период колебаний математического маятника? - От чего зависит период колебаний тела под действием силы упругости? - Каким образом с помощью маятников приборов находят залежи полезных ископаемых? - Какие колебания называются свободными? - Почему колебания затухают? - Как влияет сила трения на амплитуду колебаний? - Почему затухающие колебания нельзя назвать гармоническими? - Чем определяется собственная частота колебательной системы? - Что такое вынужденные колебания? - С какой частотой происходят вынужденные колебания? - Как зависит амплитуда вынужденных колебаний от частоты? - Какое явление называется резонансом? - Какие примеры применения резонанса вы можете привести? - Чему равна полная энергия колебательного тела в любой точке траектории? - В каком положении кинетическая энергия тела в колебательном движении наибольшая? Почему? - В каком положении потенциальная энергия пружинного маятника наибольшая? Почему? - Какие примеры затухающего колебания вы можете привести? - Какое движение называется колебательным? - Назовите характеристики колебательного движения. - Запишите уравнение колебательного движения. III Изучение нового материала: ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. Формула Томсона. Сообщение учащегося: 1. Открытие электромагнитных колебаний было неожиданным. После того как изобрели простейший конденсатор и научились сообщать ему большой заряд с помощью электростатической машины, ученые начали наблюдать его электрический заряд. С простейшим конденсатором — лейденской банкой — вы ознакомились в 8 классе. Замыкая обкладки лейденской банки с помощью проволочной катушки, обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются. В этом ничего странного не было, так как электрический ток и должен намагничивать стальной сердечник катушки. Удивительным было то, что нельзя было предсказать, какой конец намагниченного сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой — южным. Опыты, проведенные в одних и тех же условиях, давали различные результаты. Ученые не сразу поняли, что при разрядке конденсатора через катушку возникают колебания. За время разряда конденсатор успевает несколько раз перезарядиться, и электрический ток тоже меняет направление. Из-за этого сердечник может намагничиваться по-разному, и его полюсы поочередно меняются. Учитель: Итак, при разрядке конденсатора периодически (или почти периодически) изменяются заряд, ток, напряжение, электрические и магнитные поля. Периодическое изменение этих величия называют электромагнитными колебаниями. Получить электромагнитные колебания почти так же просто, как и заставить тело колебаться, подвесив его на пружине. Но наблюдать электромагнитные колебания уже не так просто. Ведь мы непосредственно не видим ни перезарядки конденсатора, ни тока в катушке. К тому же колебания обычно происходят с очень большой частотой. Для наблюдения и исследования электромагнитных колебаний самым подходящим прибором является электронный осциллограф. (слайд 4, 5, 6) Электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, состоящей из батареи конденсаторов и катушки индуктивности. Цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и катушки и позволяющая получать электромагнитные колебания, называется колебательным контуром. Такая установка состоит из источника тока (1), батареи конденсаторов (2), катушки индуктивности (3), электронного осциллографа (4) и переключателя (5). Емкость батареи (С) можно менять, перемещая рукоятку и включая разные конденсаторы. Можно менять и индуктивность катушки, включая большее или меньшее число витков обмотки или внося в катушку стальной сердечник. При повороте переключателя влево ( положение б) конденсатор подключается к источнику тока и на его обкладках начинает накапливаться электрический заряд, т.е. конденсатор начинает заряжаться. А если ручку перебросить вправо (положение 7), то источник тока отключается, а к зажимам конденсатора присоединяется обмотка катушки. При этом конденсатор начинает разряжаться через катушку, и по обмотке идет электрический ток. Такие поочередно изменяющиеся в колебательном контуре процессы можно увидеть на экране осциллографа. В идеальных условиях, когда электрическое сопротивление равно или близко к нулю, на экране можно увидеть свободные электромагнитные колебания . А в случае, когда электрическое сопротивление контура будет большим, то на экране осциллографа появляется осциллограмма затухающего колебания. При увеличении электрической емкости конденсатора в установке можно увидеть растягивание осциллограммы в горизонтальном направления. Следовательно, с увеличением емкости колебательного контура период электромагнитного колебания возрастает (частота соответственно уменьшается). Когда емкость уменьшается, период колебания тоже уменьшается, а частота, естественно, возрастает. Такой же результат получается при изменении индуктивности катушки в контуре. Физические величины — индуктивность и емкость — вам известны из курса физики для 8 классов. При увеличении индуктивности период колебания возрастает, и, наоборот — при уменьшении индуктивности период сокращается. Этот результат аналогичен изменению периода колебания пружинного маятника при изменении массы груза и жесткости пружины. Таким образом, период свободного электромагнитного колебания в колебательном контуре вычисляется через индуктивность контура (L) и емкость (С) по формуле: (слайд 7) В честь него это выражение называется формулой Томсона. Для того чтобы получить период (Т) в секундах (с), индуктивность (L) должна быть выражена в генри (Гн), а емкость (С) — в фарадах (Ф). Явления в колебательном контуре аналогичны явлениям в пружинном маятнике. Действительно, для того чтобы возникли колебания в пружинном маятнике, пружину надо деформировать (сжать), сообщив ей потенциальную энергию. Аналогично, чтобы в колебательном контуре возникли колебания, следует зарядить конденсатор и таким образом сосредоточить в нем энергию электрического поля. (слайд 8) Через четверть периода деформация пружины исчезает, а груз с максимальной скоростью проходит положение равновесия. При этом потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию груза. Точно так же через четверть периода конденсатор разряжается, и через обмотку катушки течет электрический ток максимальной силы. Энергия электрического поля конденсатора превратилась в энергию магнитного поля катушки. Далее груз, продолжая свое движение, растягивает пружину, и к концу полупериода кинетическая энергия груза вновь превращается в потенциальную энергию пружины. Аналогично электрические заряды за счет энергии магнитного поля начинают накапливаться на обкладках конденсатора, и к концу полупериода энергия магнитного поля катушки превращается в энергию электрического поля конденсатора. Этот процесс вновь повторяется, и к концу периода система возвращается в первоначальное состояние. Таким образом, можно сделать вывод: в цепи, состоящей из конденсатора и катушки индуктивности, при очередной разрядке конденсатора возникают электромагнитные колебания. Физ. минутка. (Слайд 9) Решение задач: (Слайд 10, 11, 12) №1. Для демонстрации медленных электромагнитных колебаний собирается колебательный контур с конденсатором, емкость которого равна 2,5 мкФ. Какова должна быть индуктивность катушки при периоде колебания 0,2 с?

Дано:	СИ:	Решение:
C=2,5 мкФ T=0,2 c	2,5 10-6 Ф	Ответ:
L-?

Работа в парах - решение задач самостоятельно: №2. Какой должна быть длина математического маятника, чтобы период его колебаний был равен 1 с? №3. Тело массой 200 г, подвешенное на пружине с жесткостью 16 Н/м колеблется с амплитудой 2 см в горизонтальной плоскости. Определите циклическую частоту колебания тела и энергию системы. Упр.24: №1. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 250 пФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Определите период и частоту свободных колебаний. №2. Необходимо собрать колебательный контур частотой 3 мГц, используя катушку индуктивностью 1,3 мГн. Какова должна быть емкость конденсатора? V Закрепление: (слайд 13) Фронтально отвечают на вопросы: - Что представляет собой колебательный контур? Начертите его схему. - Что необходимо сделать, чтобы в колебательном контуре возникли свободные колебания? - Почему свободные электромагнитные колебания затухают? - Как влияет изменение емкости конденсатора на период свободного колебания в контуре? - Как влияет изменение индуктивности катушки на период свободного колебания в контуре? - Какой формулой выражается период свободных колебаний в колебательном контуре? В каких единицах измеряются величины, входящие в нее? VI Подведение итогов (Слайд 14) Рефлексия: - что я узнал сегодня на уроке? - что меня удивило? Поразило? - что мне было известно до изучения темы? VII Домашнее задание: § 23 Упр. 23 (3)