Резонанс в электрической цепи переменного тока»

«Резонанс в электрической цепи переменного тока»

Преподаватель физики

КАШУК ЕЛЕНА БОРИСОВНА Тема урока: РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель урока: Раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при резонансе напряжений и научить учащихся применять основные закономерности электрического резонанса при решении физических задач; расширить политехнический кругозор учащихся сведениями о прикладном значении электрического резонанса.

Оборудование: компьютерные программы: "Физика в картинках"или «Открытая физика 1.0-2.5», TeachPro Решебник по физике и «Начала электроники», высокочастотный генератор, колебательный контур с неоновой лампой, соединительные провода.

Ход урока

Проверка знаний. № 933( TeachPro Решебник по физике)

Соленоид, с железным сердечником имеющий индуктивность равную 2 Гн сопротивлением обмотки 10 Ом включен сначала в сеть постоянного тока с напряжением 20 В, а затем в сеть переменного тока с эффективным напряжением 20 В и частотой тока 0,4 кГц. Найти ток, текущий через соленоид в первом случае и амплитуду тока во втором случае.

Актуализация знаний: «Механический резонанс. Применение резонанса и борьба с ним».

Демонстрация видеофрагмента разрушения моста

Открытая физика, модель «Вынужденные колебания»

Изучение нового материала:
Понятие «резонанс». Условия, при которых возникает электрический резонанс:

1) частота внешнего напряжения (ЭДС генератора) совпадает с собственной частотой колебательного контура: демонстрация Открытая физика 1.0, модель «Вынужденные колебания в RLC контуре»

2) амплитуда тока зависит от величины активного сопротивления: демонстрация Открытая физика 1.0, модель «Вынужденные колебания в RLC контуре»

3) разность фаз между током и напряжением равна нулю (объяснение с помощью векторной диаграммы) демонстрация «Начала электроники»

4) напряжение на катушке индуктивности и напряжение на конденсаторе равны между собой и во много раз больше внешнего, равного напряжению на активном сопротивлении демонстрация «Начала электроники»

5) общее сопротивление равно активному т.к X_L=X_C

6) амплитуда колебаний (величина заряда) устанавливается не мгновенно, а в течение некоторого промежутка времени

7) энергия полностью поступает в электрическую цепь и безвозвратно превращается в другие виды энергий.

Применение электрического резонанса:

1) входной контур радиоприемника (анализ рисунка учебника и объяснение принципа действия приемного колебательного контура)

2) резонансный волномер, объяснение принципа действия волномера с переменной емкостью (демонстрация при помощи высокочастотного генератора и колебательного контура с неоновой лампой)

Закрепление нового материала:

Какая величина в электромагнитных колебаниях играет такую же роль, что и коэффициент трения в механических колебаниях? Ответ: активное сопротивление R.

Что происходит с энергией колебательного контура, если он не является идеальным? Ответ: энергия реального колебательного контура уменьшается со временем.

Что будет происходить с колебаниями в таком контуре? Ответ: колебания затухают.

Как можно сделать колебания в реальном колебательном контуре незатухающими? Ответ: подключить внешний источник переменного (синусоидального) напряжения для компенсации энергетических потерь колебательного контура .

От чего зависит амплитуда электрического тока в колебательном контуре при вынужденных колебаниях? Ответ: от частоты внешнего генератора ω.

Дайте определение резонанса в электрической цепи. Ответ: резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура.

В цепь переменного тока с циклической частотой 2582 рад/с включена катушка индуктивностью 3 мГн. Конденсатор какой емкости надо включить в эту цепь, чтобы осуществился резонанс?

Дано: ω = 2582 рад/с, L = 3 мГн = 3∙10^–3 Гн. ____________________ C – ?

Решение.

Ответ: требуемая емкость конденсатора равна 50 мкФ.

В электрическую цепь с циклической частотой переменного тока 2000 рад/с включен конденсатор емкостью 100 мкФ. Катушку какой индуктивности нужно включить в эту цепь, чтобы осуществился резонанс?

Дано: ω = 2000 рад/с, C = 100 мкФ = 10^–4 Ф. ____________________ L – ?

Решение.

Ответ: требуемая индуктивность катушки равна 2,5 мГн.

10.

При наличии времени результаты вычислений проверяются с помощью компьютерной модели.

Домашнее задание* § 28; № 959, 961. Повторение: §76,79,80 (Физика, 9).