Автоколебания - Электромагнитные колебания - Колебания и волны

Цель: рассмотреть незатухающие колебания.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение материала

1. Вопросы для повторения.

- Что такое колебательный контур?

- Чему равна полная энергия колебательного контура?

- Опишите процессы, происходящие в контуре при свободных электромагнитных колебаниях.

- Каковы причины свободных электромагнитных колебаний в контуре?

2. Самостоятельная работа.

I вариант

1. В колебательном контуре ток сдвинут по фазе относительно заряда на:

A. π/2;

Б. π;

В. π/4.

2. За счет чего поддерживается ток в колебательном контуре, когда появляющаяся на конденсаторе разность потенциалов препятствует его протеканию?

A. За счет увеличения энергии магнитного поля катушки.

Б. За счет увеличения заряда на конденсаторе.

B. За счет уменьшения энергии магнитного поля катушки.

3. Как изменится частота электромагнитных колебаний в контуре, если сблизить пластины конденсатора?

A. Уменьшится.

Б. Увеличится.

B. Не изменится.

4. Через какую долю периода после замыкания заряженного конденсатора на катушку индуктивности энергия в контуре распределится между конденсатором и катушкой поровну?

A. 1/2T;

Б. 1/4T;

В. 1/8Т.

5. В колебательном контуре емкость увеличена в 4 раза. Что нужно сделать, чтобы период колебаний остался прежним?

A. Увеличить индуктивность в 4 раза.

Б. Уменьшить индуктивность в 2 раза.

B. Уменьшить индуктивность в 4 раза.

(Ответы: 1) А; 2) В; 3) А; 4) В; 5) В.)

II вариант

1. Какие превращения энергии происходят в колебательном контуре?

A. Энергия электрического поля конденсатора превращается во внутреннюю энергию катушки индуктивности.

Б. Энергия магнитного поля катушки превращается во внутреннюю энергию конденсатора.

B. Энергия электрического поля конденсатора превращается в магнитную энергию магнитного поля катушки индуктивности, энергия магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля конденсатора.

2. В момент времени t = 0 энергия конденсатора равна 4 · 10^-6 Дж. Через 1/8Т энергия на конденсаторе уменьшилась наполовину. Какова энергия магнитного поля катушки?

A. 4 · 10^-6 Дж.

Б. 2 · 10^-6 Дж.

B. 10^-6 Дж.

3. Чему равен сдвиг фаз между зарядом и силой тока в колебательном контуре?

А. π;

Б. π/4;

Г. π/2.

4. Как изменится частота электромагнитных колебаний в контуре, если в катушку ввести железный сердечник?

A. Увеличится.

Б. Не изменится.

B. Уменьшится.

5. Как изменится частота свободных электрических колебаний в контуре, если емкость конденсатора и индуктивность катушки увеличится в 5 раз?

A. Уменьшится в 25 раз.

Б. Увеличится в 5 раз.

B. Уменьшится в 5 раз.

Ответ: 1) В; 2) Б; 3) В; 4) В; 5) В.)

III. Изучение нового материала

Системы, подобные часам, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника, называются автоколебательными системами (органная труба, свисток, сердце).

Эксперимент, Труба Рикке.

Вынужденные электрические колебания, вырабатываются генераторами на электростанциях. Они неспособны вырабатывать колебания высокой частоты, которые применяются в радиотехнике.

Колебания высокой частоты можно получить с помощью лампового генератора. Основной его частью является трехэлектродная лампа - триод.

Когда замыкают цепь генератора, появляется импульс тока, который заряжает конденсатор колебательного контура. Для того чтобы колебания не затухали, конденсатор нужно периодически подзаряжать.

Конденсатор начинает разряжаться, на нижней обкладке находится положительный заряд, через катушку идет нарастающий ток. Переменное магнитное поле этого тока пронизывает не только катушку L, но и расположенную рядом с ней катушку L_cв (катушку обратной связи), порождая в каждой катушке вихревое электрическое поле. Поле создает положительный потенциал на сетке лампы, и через нее начинает идти анодный ток. Этот ток подзаряжает конденсатор в контуре, и потери энергии компенсируются.

Когда нижняя пластина конденсатора заряжена отрицательно, конденсатор должен отключиться от источника.

В генераторе это происходит автоматически. Переменное магнитное поле убывающего тока в контуре создает в катушке обратной связи вихревое электрическое поле такого напряжения, что потенциал на сетке лампы становится отрицательным. Лампа при этом запирается, и анодный ток прекращается:

Ламповые генераторы позволяют получать колебания с частотой до миллиона кГц. В настоящее время ламповые генераторы почти полностью вытеснены полупроводниковыми на транзисторах, за исключением очень мощных.

Генераторы на транзисторах компактнее, надежнее и экономичнее ламповых.

Основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем

Источник энергии

Устройство, регулирующее поступление энергии

Колебательная система

Обратная связь

1. Источник энергии - источник постоянного напряжения.

2. Устройство, регулирующее поступление энергии от источника (клапан) - триод.

3. Колебательная система - колебательный контур.

4. Обратная связь - индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи сетки.

IV. Закрепление изученного материала

- Что такое автоколебательная система?

- Перечислите основные элементы автоколебательной системы.

- Приведите примеры автоколебательных систем.

V. Решение задач

1. Возникающая в рамке ЭДС индукция при вращении в однородном магнитном поле изменяется по закону ε = 12 sin 100 πt. Определить амплитуду колебаний ЭДС, ее действующее значение, циклическую и линейную частоту колебаний, период, фазу и начальную фазу. (Ответ: 0 В; 8,5 В; 100 ж рад/с; 50 Гц; 0,02 с; 100 πt; 0.)

2. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 2 мкФ и катушки индуктивностью 500 мГн. Найти частоту собственных колебаний контура. (Ответ: 160 Гц.)

3. Индуктивность колебательного контура равна 0,01 Гн, емкость 8 мкФ. Конденсатор заряжен до разности потенциалов 200 В. Какой наибольший ток возникает в контуре в процессе электромагнитных колебаний? (Ответ: 2 А.)

4. Определите длину волны, на которую настроен колебательный контур приемника, если его емкость равна 5 мФ, а индуктивность равна 50 мкГн. (Ответ: 942 м.)

5. В колебательном контуре конденсатор сообщил заряд, равный 1 мКл, после чего в контуре возникли затухающие электромагнитные колебания. Какое количество теплоты выделится к моменту, когда максимальное напряжение на конденсаторе стало меньше начального максимального значения в 4 раза? Емкость конденсатора 10 мкФ. (Ответ: 0,047 Дж.)

VI. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 36.