Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях. Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями
Цель урока: сформировать представление как в колебательном контуре энергия электрического поля периодически превращается в энергию магнитного поля; рассмотреть сходство между механическими и электромагнитными колебаниями.
Ход урока
1. Проверка домашнего задания методом фронтального опроса.
— Почему электромагнитные колебания были открыты случайно?
— Как можно наблюдать электромагнитные колебания?
— Изменение, каких величин называют электромагнитными колебаниями?
-Как получают
-Как получают вынужденные электромагнитные колебания?
-Какие колебания нашли большее практическое применение?
2. Изучение нового материала
Колебательный контур — простейшая система, где могут возникать электромагнитные колебания. Состоит из конденсатора и катушки, присоединенной к обкладкамконденсатора.
Почему же в контуре возникают колебания? Если зарядить конденсатор, сообщив ему энергию : Wp= qm2/2C; qm – заряд конденсатора; С – его электроемкость; между обкладками появится
напряжение Um Замкнем ключ на катушку и конденсатор будет разряжаться, а в цепи появится электрический ток. Ток плавно (из – за явления самоиндукции) достигнет максимального значения. Как только появился ток, возникает переменное магнитное поле, которое в свою очередь, создает вихревое электрическое поле в проводниках. Препятствует быстрому нарастанию тока, именно, вихревое электрическое поле.
При разрядке конденсатора энергия электрического поля уменьшается, но одновременно растет энергия магнитного поля тока, которая вычисляется по формуле: Wм= L i2/2; где I – сила переменного тока; L — индуктивность катушки QUOTE Полная энергия электромагнитного поля равна: W = QUOTE + QUOTE
Когда конденсатор полностью разрядится, то WЭЛ=0. На основании закона сохранения энергии, в это время WМАГ=max и I = max.
К этому моменту U = 0; но прекращению электрического тока препятствует самоиндукция, вихревое электрическое поле поддерживает ток.
Пока сила тока, постепенно уменьшаясь, не станет равной нулю, конденсатор будет перезаряжаться. Если бы в цепи не было сопротивления, то процесс продолжался бы соль угодно долго. Колебания были бы незатухающими !
Полная энергия контура была бы всегда максимальной: W = QUOTE + QUOTE = qm2/2C = L Im2/2.
В действительности потери энергии происходят всегда, поэтому постепенно энергия электрического поля конденсатора перейдет во внутреннюю энергию проводников.
Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.
Механические колебания, например, колебания математического маятника похожи на электромагнитные колебания в контуре. Сходство относится к процессам периодического изменения разных величин.
Используя плакат с рисунками объяснить аналогию двух видов колебаний, имеющих разную
физическую природу.
Начертить таблицу соответствий электрических величин механическим величинам.
Электрическая величина | Механическая величина |
Заряд q | Координата Х |
Сила тока i | Скорость VX |
Индуктивность L | Масса m |
Величина обратная емкости 1/С | Жесткость пружины k |
Энергия электрического поля q2/2C | Потенциальная энергия k X2/2 |
Энергия магнитного поля L i2/2 | Кинетическая энергия mVX2/2 |
Закрепление изученного материала
1. В какой системе возникают электромагнитные колебания?
2. Как осуществляется превращение энергий в контуре?
3. Записать формулу энергии в любой момент времени.
4. Объяснить аналогию между механическими и электромагнитными колебаниями.
Подведем итоги урока
Домашнее задание: § 28, 29. Упр. 4 № 2.