План-конспект урока по физике. Тема: Реактивное сопротивление в цепи переменного тока
Цель урока: сформировать у учащихся представление о существовании сопротивления только в цепи переменного тока – это емкостное и индуктивное сопротивления.
Ход урока
Проверка домашнего задания методом выполнения самостоятельной работы
Вариант -1
№1.В колебательном контуре напряжение изменяется по закону: U= 308 QUOTE (B). Определить: а) амплитуду напряжения; б) период, частоту и циклическую
№2. В электрическую цепь переменного тока включена электролитическая ванна с раствором медного купороса. Пойдет ли ток через такую цепь? Медь на электродах будет выделяться?
№3. Вращение проволочной рамки в магнитном поле увеличили в 2раза. Во сколько раз поменяется ЭДС индукции и частота переменного тока в рамке?
Вариант -2
№1. В колебательном контуре напряжение меняется по закону: U=60 QUOTE (B).
Определите: а) амплитуду напряжения; б) период, частоту и циклическую частоту переменного напряжения; в) действующее значение напряжения.
№2. Если электрическая цепь в каком – либо месте рассоединится, то ток сразу прекращается.
Но цепь не разомкнется , если в нее включить конденсатор. Почему?
№3. Рамка площадью 200см2вращается с частотой 10 Гц в однородном магнитном поле индукцией 0,1 Тл. Сколько витков имеет рамка, если амплитудное значение ЭДС равно 53 В?
Изучение нового материала
1. Конденсатор в цепи переменного тока
Постоянный ток не будет идти через цепь, содержащую конденсатор.
Демонстрация опыта; переменный ток в такой цепи существует.
На простых опытах доказываем, что при включении постоянного напряжения лампочка не светится. При включении переменного напряжения лампочка загорается.
Как же переменный ток может идти по цепи , если она разомкнута?
Дело в постоянной перезарядке конденсатора под действием переменного напряжения.
При перезарядке , ток текущий в цепи нагревает нить накала лампочки.
Пренебрегая сопротивлением ,найдем закон изменения силы тока в цепи с емкостью.
U=q/C; QUOTE = Um QUOTE ; Заряд конденсатора меняется по гармоническому закону: q = C Um QUOTE
Производная заряда – сила тока: i = q′= — UmCω QUOTE = UmCω QUOTE QUOTE
Колебания силы тока опережают колебания напряжения на конденсаторе на π/2.
Когда конденсатор начинает заряжаться I=max, а U=0.
В момент когда U=max, I=0. Im= UmCω – амплитуда силы тока
QUOTE = Хс – емкостное сопротивление. I = U/XC – закон Ома для цепи с емкостным сопротивлением справедлив.
Вывод: емкостное сопротивление обратно пропорционально произведению частоты на емкость; колебания напряжения отстают от колебаний силы тока на π/2.
2. Катушка индуктивности в цепи переменного тока.
Демонстрация опыта из которого видно, что индуктивность влияет на силу
переменного тока. Лампа от источника постоянного тока горит ярче, что говорит о том, что действующее значение силы переменного тока меньше силы постоянного тока. Объяснить этос точки зрения самоиндукции (вихревое электрическое поле тормозит движение электронов ).
Сравним напряженности вихревого и кулоновского полей: Е̄I = — Ēk.
Значит, удельная работа вихревого поля равна по величине и противоположна по знаку удельной работе кулоновского поля. ei =- u
Запишем закон по которому меняется сила тока: i= Im QUOTE /
ЭДС самоиндукции: еi= -L i′ = — LωIm QUOTE t. Так как u = — ei, то
u= LωIm QUOTE = LωIm QUOTE = Um QUOTE . Где Um = LωIm – амплитуда напряжения.
Значит, колебания силы тока отстают от колебаний напряжения на π/2.
Амплитуда силы тока в катушке равна : Im= QUOTE
ωL = XL — индуктивное сопротивление I = U/XL — закон Ома справедлив для индуктивного сопротивления в цепи с катушкой.
Вывод: индуктивное сопротивление равно произведению частоты на индуктивность; колебания напряжения опережают колебания силы тока на π/2.
Закрепление изученного материала.
1. Пренебрегая сопротивлением цепи, показать как связаны между собой действующие значени тока и напряжения на конденсаторе и на катушке.
2. Чему равна энергия в цепи, содержащий только катушку или только конденсатор, если пренебречь активным сопротивлением?
3. Выключатель и конденсатор похожи. Почему же выключатель надежно размыкает цепь, а конденсатор служит для других целей?
4. Объяснить почему напряжение и ЭДС самоиндукции имеют противоположные знаки на катушке?
Подведем итоги урока
Домашнее задание: §33, 34, №982.