Тема урока: «Свободные электромагнитные колебания в контуре»

Тема урока: «Свободные электромагнитные колебания в контуре»

Ход урока

Простейшая цепь, в которой могут происходить свободные электрические колебания, состоит из конденсатора и катушки, присоединенной к обкладкам конденсатора. Активное сопротивление проводников, из которых изготовлен колебательный контур, должно быль очень малым. Поэтому нам придется вспомнить основные характеристики конденсатора и катушки индуктивности, они нам понадобятся для изучения свободных колебаний в контуре.

Конденсатор	Катушка индуктивности

Изложение нового материала

А теперь мы немного отвлечемся от физики и вспомним русские народные сказки:

Старик с ярмарки дочерям подарки привез, самой младшей Машеньке – наливное яблочко и серебряное блюдечко. Села Машенька в уголок горницы, покатила наливное яблочко по блюдечку, поет, приговаривает: «Катись, катись, яблочко наливное, по серебряному блюдечку, покажи мне города и поля, покажи мне леса, моря, покажи мне гор высоту и небес красоту, всю родимую Русь-матушку».

Вам сейчас трудно представить, что еще 50-70 лет назад считалось чудом: разговаривать с человеком, который находится в соседнем классе через стенку, увидеть извержение вулкана на Камчатке. Все это стало возможно благодаря развитию принципиально новых средств связи, сердцем которых является колебательный контур. Триумфом электромагнитной теории в XIX ст. стало экспериментальное открытие электромагнитных волн, это открытие положило начало мобильной и сотовой связи, телевидения, интернета. Кстати, само открытие было сделано случайно, наблюдали разряд первого конденсатора (Лейденской банки), его обкладки присоединяли к проволочной катушке. Оказалось, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются, и предусмотреть было невозможно, где у сердечника южный и северный полюс. Экспериментаторы не сразу поняли, что во время разрядки конденсатора через катушку возникают колебания.

Мы не можем непосредственно воспринимать нашими органами чувств электромагнитные колебания так, как мы видим колебания маятника или слышим колебания струны, поэтому, изучая электромагнитные колебания, приходится прибегать к аналогии с механическими колебаниями. А в качестве приборов будем использовать: катушку индуктивности (индуктивностью L), батарею конденсаторов (емкостью C), соединенные провода, источник тока, осциллограф и гальванометр (на дем. кафедре выставлены приборы).

Итак, соберем закрытый колебательный контур (его называют закрытым, т.к. он почти не излучает энергию в пространство). Наблюдаем электромагнитные колебания (видеоролик, 1 часть). Комментарии: ключ замыкаем на источник тока, заряжаем конденсатор, энергия поступает в колебательный контур, гальванометр фиксирует возникающее колебание электрического тока. Убедимся, что стрелка прибора колеблется не по инерции. Продемонстрируем электромагнитные колебания еще раз:

Рассмотрим механизм возникновения электромагнитных колебаний (замедленное кино)

1 Шаг: конденсатор заряжен, его энергия , на пластинах сосредоточен заряд – и + q=max

2 Шаг: под действием силы Кулона заряженные частицы устремляются через катушку к противоположной пластине. Возникает электрический ток в цепи, сила которого не сразу достигает максимального значения. Это обусловлено явлением самоиндукции. Полная энергия

3 Шаг: конденсатор разряжается. Ток достигает максимального значения, энергия магнитного поля тоже максимальна

4 Шаг: сила тока в катушке уменьшается, а значит, магнитное поле становится переменным, это является главным условием явления самоиндукции

5 Шаг: Конденсатор перезаряжается, пока сила тока постепенно уменьшается, но не равна нулю, энергия электрического поля конденсатора снова станет максимальной

6,7,8 Шаг: конденсатор снова начнет перезаряжаться и система снова вернется в начальное положение. Если бы энергия не затрачивалась на сопротивление проводников, этот процесс был бы бесконечным, а колебания незатухающими

Еще раз повторим механизм возникновения колебаний в контуре. Закрепление материала вместе с учащимися

12 3 Следующая ⇒