Колебательный контур - Электромагнитные колебания - Колебания и волны

Цель: рассмотреть незатухающие электрические колебания.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Анализ экспериментов

Объясните:

Эксперимент № 1

Две одинаковые по напряжению и мощности лампы (U = 220 В, Р = 60 Вт) включают последовательно с разными конденсаторами в отдельные цепи переменного тока. Лампы горят с разным накалом. (Конденсатор большой емкости включен с лампой, которая горит ярче.)

Эксперимент № 2

Неоновую лампу на 127 В или 220 В включите в сеть переменного тока соответствующего напряжения. Посмотрите на горящую неподвижную лампу в темноте. Видим непрерывное свечение. Приведем ее во вращение движения с радиусом 25-50 см. При движении лампы наблюдается не сплошной светящийся круг, а прерывистый. Почему? (Неоновая лампа светится прерывисто, совершая 100 вспышек за 1 с. Это обусловлено колебаниями напряжения в сети. Зрительное впечатление сохраняется в течение 0,1 с. Промежутки времени, соответствующие затуханиям лампы, измеряются сотыми долями секунды. Впечатление от вспышек неоновой лампы не успевает исчезать, мы видим непрерывное горение (лампа в покое). При движении по окружности моменты, соответствующие вспышкам и затуханиям лампы, разделены в пространстве.)

III. Изучение нового материала

Электрическая цепь, состоящая из катушки и конденсатора, называется колебательным контуром.

Зарядим конденсатор, при этом конденсатору сообщим энергию:

Конденсатор начнет разряжаться, в цепи появится электрический ток. Вследствие самоиндукции сила тока увеличивается постоянно. При этом уменьшается энергия электрического поля и возрастает энергия магнитного поля:

В момент, когда конденсатор полностью разрядился (q = 0), энергия электрического поля равна нулю. Энергия магнитного поля максимальна. Сила тока достигает максимального значения I_м.

Несмотря на то, что к этому моменту разность потенциалов на концах катушки станет равной нулю, ток не прекращается сразу. Этому препятствует самоиндукция. Как только сила тока и созданное током магнитное поле начнет уменьшаться, возникает вихревое электрическое поле, которое направлено по току и поддерживает его, конденсатор начнет перезаряжаться.

Он перезаряжается до тех пор, пока сила тока, постепенно уменьшаясь, не станет равна нулю. W_M = 0, a W_Э станет максимальным.

Далее процесс протекает в обратном направлении и конденсатор опять перезаряжается. Если бы не было потерь энергии, процесс продолжился бы сколь угодно долго. Но катушка имеет сопротивление и это ведет к выделению теплоты.

Период свободных колебаний записывается:

IV. Закрепление изученного

- Что называется колебаниями контура?

- Нарисуйте схему колебательного контура и объясните все стадии процесса превращения энергии при свободных электрических колебаниях в течение периода колебаний.

- По какой формуле определяется собственная циклическая частота свободных электрических колебаний.

- Запишите формулу Томсона.

V. Решение задач

1. Емкость переменного конденсатора контура приемника изменяется от C₁ до С₂ = 9С₁. Определите диапазон волн контура приемника, если емкость С₁ конденсатора соответствует длине волны, равной 3 м. (Ответ: от λ₁ = 3 м до λ₂ = 9 м.)

2. Диапазон каких радиоволн может принимать радиоприемник, если емкость конденсатора его колебательного контура изменяется от 30 нФ до 300 нФ, а индуктивность катушки - от 40 мкГн до 100 мкГн. (Ответ: 0,92 МГц ≤ v ≤ 4,6 МГц.)

3. Электроемкость конденсатора переменной емкости в контуре радиоприемника может изменяться от 50 нФ до 250 нФ. Индуктивность катушки остается неизменной и равно 0,6 мГн. На каких волнах работает радиоприемник? (Ответ: 326 м ≤ λ ≤ 980 м.)

4. Определите электроемкость конденсатора, включенного в колебательный контур, индуктивность которого 1,5 мГн, если он излучает электромагнитные волны длинной 500 м. (Ответ: С = 1400 нФ.)

VI. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 21-30.