9 cl kondensaatori võnkeahel. Ettekanne “Võnkeahel. Elektromagnetilised vibratsioonid. Raadioside ja televisiooni põhimõte ”teemalise füüsikatunni (9. klass) esitlus. V. Õpitud materjali koondamine

Trepid. Sisenemisgrupp. Materjalid. Uksed. Lukud. Disain » Sisenemisgrupp 9 cl kondensaatori võnkeahel. Ettekanne “Võnkeahel. Elektromagnetilised vibratsioonid. Raadioside ja televisiooni põhimõte ”teemalise füüsikatunni (9. klass) esitlus. V. Õpitud materjali koondamine

9 cl kondensaatori võnkeahel. Ettekanne “Võnkeahel. Elektromagnetilised vibratsioonid. Raadioside ja televisiooni põhimõte ”teemalise füüsikatunni (9. klass) esitlus. V. Õpitud materjali koondamine

Kuupäev: ___________ Allkiri: __________Klass: 9. klass Asi: FüüsikaÕpetaja Tšernobajev A.Yu.

Teema: " ELEKTROMAGNETILISED VÕNKED»

Tunni eesmärk:
Ülesanded: Hariduslik: edendada füüsilise töö kultuuri; uue materjali selgitamisel ettevaatlik. Hariduslik: Andke matemaatilise ja vedrupendli mõiste,uurida elektromagnetvõnkumiste mõistet ja uurida Thomsoni valemit
Arendamine: edendada vaimse tegevuse arengut.
Nõuded teadmistele ja oskustele: Õpilased peaksid teadma: mida nimetatakse vabaks ja sunnitud võnkumiseks - mida nimetatakse võnkeahelaks, elektromagnetiliste võnkumiste määratlus Õpilased peavad suutma: - arvutada 1, T, t, k, ja matemaatika perioodi valemite alusel. ja vedrupendlid; - lahendab õpitu põhjal kvalitatiivseid ülesandeid, selgitab nähtusi; - rakendada ülesannete lahendamisel Thomsoni valemit
Tunni tüüp:kombineeritud õppetund
Tarkvara: õpik, töövihik, tahvel, võrdlusmaterjal ja õpetaja pakutud lisamaterjale.

Plaan:

I Org. hetkII Kodutööde kontrollimineIII Suuline küsitlus minevikuteemadel: "Energia muundumine võnkeliikumise ajal" 1. Elektromagnetilised vibratsioonid 2. Thomsoni valem 3. Probleemide lahendamineV PeegeldusVI DebriifingVII Kodutöö

Tundide ajal:

I Org. hetkII Kodutöö kontrollimine:III Suuline küsitlus minevikuteemadel: "võnkuv liikumine"- Millises asendis on keha kineetiline energia võnkuval liikumisel suurim? Miks? - Millises asendis on vedrupendli potentsiaalne energia suurim? Miks? - Kui suur on võnkekeha koguenergia trajektoori mis tahes punktis? - Milliseid näiteid summutatud võnkumiste kohta saate tuua? IV Uue materjali õppimine:

ELEKTROMAGNETILISED VÕNKED

1. Elektromagnetiliste võnkumiste avastamine oli ootamatu. Pärast seda, kui nad leiutasid lihtsaima kondensaatori ja õppisid sellele elektrostaatilise masina abil suurt laengu andma, hakkasid teadlased jälgima selle elektrilaengut. Kõige lihtsama kondensaatoriga - Leydeni purgiga - tutvusite 8. klassis. Leydeni purgi plaate traadipooliga sulgedes selgus, et mähise sees olevad teraskodarad olid magnetiseeritud. Selles polnud midagi imelikku, sest elektrit ja peab magnetiseerima pooli terassüdamiku. Üllatav oli see, et oli võimatu ennustada, milline pooli magnetiseeritud südamiku ots on põhjapoolus ja milline lõunapoolus. Samadel tingimustel läbi viidud katsed andsid erinevaid tulemusi. Teadlased ei saanud kohe aru, et kui kondensaator tühjeneb läbi mähise, tekivad võnked. Tühjenemise ajal on kondensaatoril aega mitu korda laadida ning ka elektrivool muudab suunda. Seetõttu saab südamikku erinevalt magnetiseerida ja selle poolused muutuvad vaheldumisi. Seega, kui kondensaator tühjeneb, muutuvad laeng, vool, pinge, elektri- ja magnetväljad perioodiliselt (või peaaegu perioodiliselt). Nende suuruste perioodilist muutumist nimetatakse elektromagnetiliseks võnkumiseks. Elektromagnetiliste võnkumiste saamine on peaaegu sama lihtne kui keha võnkuma panemine vedru külge riputades. Kuid elektromagnetiliste võnkumiste jälgimine pole enam nii lihtne. Me ju ei näe otseselt ei kondensaatori ületühjenemist ega voolutugevust poolis. Lisaks esinevad võnked tavaliselt väga suure sagedusega. Elektromagnetiliste võnkumiste vaatlemiseks ja uurimiseks on sobivaim instrument elektrooniline ostsilloskoop. Elektromagnetilised võnked tekivad elektriahel, mis koosneb kondensaatorite pangast ja induktiivpoolist (joonis 89, 6). Vooluahelat, mis koosneb kondensaatorist ja mähisest, mis on ühendatud jadamisi ning võimaldab vastu võtta elektromagnetilisi võnkumisi, nimetatakse võnkeahelaks. Selline paigaldus koosneb vooluallikast (1), kondensaatoripangast (2), induktiivpoolist (3), elektroonilisest ostsilloskoobist (4) ja lülitist (5). Aku mahtuvust (C) saab muuta käepidet liigutades ja erinevaid kondensaatoreid sisse lülitades. Samuti saate muuta mähise induktiivsust (b), sealhulgas rohkem või vähem mähise pöördeid või terassüdamiku sisestamist mähisesse. elektriskeem selline seadistus on näidatud joonisel fig. 89, a. Lüliti vasakule pööramisel (joon. 89, a, asend b) ühendatakse kondensaator vooluallikaga ja selle plaatidele hakkab kogunema elektrilaeng, s.o. kondensaator hakkab laadima. Ja kui käepide visatakse paremale (asend 7), lülitatakse vooluallikas välja ja mähis on ühendatud kondensaatori klemmidega. Sel juhul hakkab kondensaator läbi mähise tühjenema ja läbi mähise voolab elektrivool.

Selliseid vaheldumisi muutuvaid protsesse võnkeahelas on näha ostsilloskoobi ekraanil. Ideaalsetes tingimustes, kui elektritakistus on nulliga võrdne või nullilähedane, on ekraanil näha vabu elektromagnetvõnkumisi (joon. 89,. Ja juhul, kui vooluahela elektritakistus on suur, siis ostsillogramm ostsilloskoobi ekraanile ilmub summutatud võnkumine (joonis 90) "Kui paigaldises oleva kondensaatori elektriline mahtuvus suureneb, on näha ostsillogrammi venimist horisontaalsuunas. Seega koos võnkeahela mahtuvuse suurenemisega , pikeneb elektromagnetilise võnke periood (vastavalt väheneb sagedus).Mahtuvuse vähenemisel väheneb ka võnkeperiood ja loomulikult suureneb sagedus.Selline sama tulemus saadakse ahelas oleva pooli induktiivsuse muutmisel. Füüsikalised kogused- induktiivsus ja mahtuvus - teate füüsika kursusest 8 klassi kohta. Induktiivsuse suurenemisega võnkeperiood pikeneb ja vastupidi, induktiivsuse vähenemisel periood väheneb. See tulemus on sarnane vedrupendli võnkeperioodi muutusega koos koormuse massi ja vedru jäikuse muutumisega. Seega arvutatakse vaba elektromagnetilise võnkumise periood võnkeahelas ahela induktiivsuse (L) ja mahtuvuse (C) kaudu järgmise valemi järgi:

Tema auks see väljend nimetatakse Thomsoni valemiks. Perioodi (T) saamiseks sekundites (s) tuleb induktiivsus (L) väljendada henrydes (H) ja mahtuvus (C) faradides (F). Nähtused võnkeahelas on sarnased vedrupendli nähtustega. Tõepoolest, selleks, et vedrupendlis tekiksid võnked, peab vedru olema deformeerunud (kokkusurutud), andes sellele potentsiaalse energia (joonis 91, a). Samamoodi on võnkeahela võnkumiseks vaja kondensaatorit laadida ja seeläbi energiat sinna koondada. elektriväli(joon. 91, 6).

Veerandi perioodi pärast kaob vedru deformatsioon ja koormus läbib tasakaaluasendi maksimaalse kiirusega. Sel juhul muundatakse vedru potentsiaalne energia koormuse kineetiliseks energiaks (joonis 91, c). Samamoodi tühjeneb veerandperioodi pärast kondensaator ja mähise mähise kaudu voolab maksimaalse tugevusega elektrivool. Kondensaatori elektrivälja energia muutus energiaks magnetväli poolid (joon. 91, e). Edasi venitab koormus oma liikumist jätkates vedru ja poolperioodi lõpuks muundub koormuse kineetiline energia taas vedru potentsiaalseks energiaks (joonis 91, e). Samamoodi elektrilaengud magnetvälja energia tõttu hakkavad need kogunema kondensaatori plaatidele ja poolperioodi lõpuks muundub pooli magnetvälja energia pooli elektrivälja energiaks. kondensaator (joonis 91, e). Seda protsessi korratakse uuesti ja perioodi lõpuks naaseb süsteem algsesse olekusse (joonis 91, g, h, i, j). Seega võime järeldada: kondensaatorist ja induktiivpoolist koosnevas vooluringis tekivad kondensaatori järgmisel tühjenemisel elektromagnetilised võnked. Probleemi lahendamine: nr 3. Aeglaste elektromagnetvõnkumiste demonstreerimiseks monteeritakse võnkeahel kondensaatoriga, mille mahtuvus on 2,5 mikrofaradi. Kui suur peaks olema pooli induktiivsus võnkeperioodiga 0,2 s?

Arvestades:

№2. Kui suur peaks olema matemaatilise pendli pikkus, et selle võnkeperiood oleks võrdne 1 s? №4. Millise perioodiga võngub kuu pinnal 1 m pikkune matemaatiline pendel? Vabalangemise kiirendus Kuul on 1,62 m/s 2 . Harjutus 23: №2. Kuidas muutub pendli võnkeperiood, kui viia see Maalt Kuule? Kuu mass on 81 korda väiksem kui Maa mass ja Maa raadius on 3,7 korda suurem kui Kuu raadius. №3. 200 g kaaluv keha, mis on riputatud vedrule, mille jäikus on 16 N/m, võngub horisontaaltasandil amplituudiga 2 cm. Määrake keha võnke tsükliline sagedus ja süsteemi energia. Harjutus 24: №1. Võnkeahel koosneb 250 pF kondensaatorist ja 10 mH induktiivpoolist. Määrata vabade võnkumiste periood ja sagedus. Ei. 2. On vaja kokku panna võnkeahel sagedusega 3 MHz, kasutades mähist, mille induktiivsus on 1,3 mH. Milline peaks olema kondensaatori mahtuvus?

V Peegeldus- Mis on matemaatiline pendel? Mis määrab matemaatilise pendli võnkeperioodi? Mis määrab keha võnkeperioodi elastsusjõu mõjul? - Kuidas leiad pillipendlite abil maavarad üles? - Milliseid vibratsioone nimetatakse vabaks? Miks vibratsioon kaob? - Kuidas mõjutab hõõrdejõud võnkumiste amplituudi? Miks ei saa summutatud võnkumisi nimetada harmoonilisteks? - Mis määrab võnkesüsteemi omasageduse? Mis on sundvibratsioon? Mis on sundvõnkumiste sagedus? - Kuidas sõltub sundvõnkumiste amplituud sagedusest? Millist nähtust nimetatakse resonantsiks? - Milliseid näiteid resonantsi kasutamise kohta saate tuua? - Mis on võnkeahel? Visanda see välja. - Mida tuleb teha, et võnkeahelas tekiksid vabad võnked? - Miks vabad elektromagnetvõnkumised lagunevad? - Kuidas mõjutab kondensaatori mahtuvuse muutus ahelas vaba võnkeperioodi? - Kuidas mõjutab pooli induktiivsuse muutus ahelas vaba võnkeperioodi? - Milline valem väljendab vabavõnkumiste perioodi võnkeahelas? Millistes ühikutes mõõdetakse selles sisalduvaid koguseid? VI DebriifingVII Kodutöö: § 54–55 näidis 45 nr 2.5 nt 46 näidis 22:

Teatavasti on võnkeliigutused sellised liigutused, mis erinevad ühel või teisel kordusastmel.

Arvestades mehaanilisi vibratsioone, leiti, et muutujad nendes võivad olla: nihe, amplituud, faas ja muud suurused.

Elektromagnetvõnkumistes on perioodiliselt muutuvateks suurusteks: laengud, voolud, pinged, vooludega seotud elektri- ja magnetväljad.

Elektromagnetilised võnked saadakse seadmetes, mida nimetatakse võnkeahelateks (avatud ja suletud).

Suletud võnkeahel on elektriahel, mis koosneb kondensaatorist mahtuvusega C, mähisest (solenoidist) induktiivsusega L, takistusest R, mis on ühendatud järjestikku (joon. 6.1).

Vaatleme suletud võnkeahelat, mis koosneb ainult kondensaatorist mahtuvusega C ja poolist induktiivsusega L (joon. 6.2).

Elektromagnetiliste võnkumiste saamiseks sellises vooluringis on vaja kõigepealt kondensaatorit laadida.

Algajal t = 0: vooluringis I = 0 voolu puudub, kondensaatoris on elektriväli maksimaalse tugevusega E = E m ja energiaga

. (6.8)

Pärast klahvi "K" sulgemist hakkab kondensaator tühjenema, ahelasse ilmub suurenev elektrivool I ja induktiivpooli intensiivsusega H suureneva väärtusega magnetväli (induktsioon B). Seega kondensaatori tühjenemisel selle elektriväli nõrgeneb ja pooli magnetväli suureneb.

Ajahetkel
kondensaator on täielikult tühjenenud. Selles ei teki elektrivälja (E = 0). Vool saavutab maksimaalse väärtuse I = I m . Mähise magnetvälja tugevus saavutab maksimaalse väärtuse H = H m . Magnetvälja energia on samuti maksimaalne:

. (6.9)

Siis magnetväli nõrgeneb. Seaduse alusel elektromagnetiline induktsioon ahelasse tekib induktsioonivool, mille suund on sama, mis kondensaatori tühjenemisvoolul (vastavalt Lenzi seadusele). Kondensaator hakkab uuesti laadima.

Ajahetkel
kondensaator on täielikult laetud. Elektrivälja tugevus selles saavutab maksimaalse väärtuse E = Em, kuigi vektori E suund on algse suunaga vastupidine. Vooluring vooluringis peatub (I = 0). Solenoidi magnetvälja tugevus muutub nulliks ( H=0). Ahela energia võrdub jällegi kondensaatori elektrivälja energiaga.

Seejärel hakkab kondensaator uuesti tühjenema, ahelasse ilmub elektrivool, mille suund on vastupidine esialgse tühjenemise voolule. Mähisesse ilmub vastupidises suunas magnetväli.

Ajahetkel
kondensaator on täielikult tühjenenud. Vool peatub. Elektrivälja tugevus muutub nulliks. Mähise magnetväli saavutab taas maksimaalse väärtuse, samal ajal H = - H m , st. vooluahela energia on võrdne pooli magnetvälja energiaga.

Järgmisel ajahetkel hakkab magnetväli nõrgenema, ilmub induktsioonvool, mis hoiab ära magnetvälja nõrgenemise, kondensaator hakkab uuesti laadima.

Ajahetkel
süsteem naaseb algsesse olekusse ja algab vaadeldavate protsesside kordamine.

Seega toimuvad suletud võnkeahelas muutuvate omadustega protsessid, tekivad elektromagnetilised võnked, millega kaasnevad perioodilised elektri- ja magnetvälja energiate vastastikused teisendused. Need energiate teisendused on sarnased energiate teisenemisega harmooniliste võnkumiste ajal, näiteks matemaatilise pendli puhul.

Kui vooluringis poleks energiakadusid (juhtide kuumenemine, kiirgus), siis elektromagnetilised võnked selles toimuksid harmoonilise seaduse järgi, oleksid summutamata.

Elektromagnetvõnkumisi, mis tekivad võnkeahelas endas, nimetatakse loomulikeks võnkudeks.

Looduslike elektromagnetvõnkumiste võrrandi võib saada järgmistest kaalutlustest. Eeldades, et voolu hetkväärtus kogu vooluringis on sama, saame teise Kirchhoffi seaduse alusel kirjutada

. (6.10)