Конспект урока "Свободные электромагнитные колебания. Колебательный контур" 11 класс




Автор: Какулин Андрей Николаевич
ГБОУ СО СПО « ПЛ № 53» п. Советский Дергачевского района Саратовской
области
учитель физики
Открытый урок физики в 11 классе
Тема: Свободные электромагнитные колебания. Колебательный
контур.
Тип урока: диалоговая лекция с элементами поисковой деятельности.
Урок с использованием мультимедийного проектора
Учебник: Физика 11. Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев.
Цели урока:
Дидактическая создать условия для усвоения нового материала, используя
поисковый метод обучения и принцип цикличности познания;
Образовательная показать универсальных характер теории колебаний;
Развивающая развивать когнитивные процессы учащихся, основываясь на
применении научного метода познания: аналогичности и моделировании;
Воспитательная продолжить формирование представлений о взаимосвязи
явлений природы и единой физической картине мира, учить находить и
воспринимать прекрасное в природе, искусстве и учебной деятельности.
Оборудование:
для преподавателя-
-метроном, пружинный и математический маятник
-компьютер.
для обучающегося -
-лист с заготовкой опорного конспекта;
-сборники задач ;
-дифференцированные задания на карточках.
Домашнее задание: §27, 29, 30. Опорный конспект.
Ход урока.
Эпиграф:
“Науку все глубже постигнуть стремись.
Познанием вечного жаждой тянись.
Лишь первых познаний блеснёт тебе свет.
Узнаешь: предела для знания нет…”
Фирдоуси (персидский и таджикский поэт 940-1030 гг)
1.Организационный момент.
Здравствуйте . Я рад приветствовать вас на уроке физики.)
2. Мотивация и целеполагание.
Всюду в нашей жизни мы встречаемся с колебательными движениями:
периодически движутся участки сердца и легких, колеблются ветви
деревьев при порыве ветра, ноги и руки при ходьбе, колеблются
струны гитар, колеблется спортсмен на батуте и школьник,
пытающийся подтянуться на перекладине, пульсируют звезды (будто
дышат), а возможно и вся Вселенная, колеблются атомы в узлах
кристаллической решетки…
Ученый Л.И. Мандельштам говорил, что если посмотреть историю
физики, то можно увидеть, что главные открытия были связаны по
существу с колебаниями. И нам тоже сегодня предстоят открытия
(Слайд 1 с эпиграфом)
(Слайд 2 с целью урока). Цель нашего урока – проанализировать
причины и основные закономерности свободных колебаний.
3. Актуализация знаний.
Для достижения цели урока нам необходимо вспомнить материал изученный
ранее..
Фронтальный опрос Слайд 3
- Что такое механические колебания?
- Какие колебания называют свободными?
- Какие условия необходимы для возникновения свободных колебаний?
Свободные колебания могут быть не только механическими, но и
электромагнитными.
- Электромагнитные колебания были открыты случайно.
Слайд 4
Сообщение :
После того как изобрели лейденскую банку (первый конденсатор) и
научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической
машины, начали изучать разряд банки. Немецкий физик Гельмольц обратил
внимание на колебательный характер разряда лейденской банки. В 1869 он
показал, что аналогичные колебания возникают в индукционной катушке,
соединенной с конденсатором (т.е., по существу, создал колебательный
контур, состоящий из индуктивности и емкости). Замыкая обкладки
лейденской банки с помощью проволочной катушки, было обнаружено, что
стальные спицы внутри катушки намагничиваются. В этом ничего странного
не было: электрический ток и должен намагничивать стальной сердечник
катушки. Удивительным было то, что нельзя было предсказать, какой конец
сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой – южным.
Повторяя опыт примерно в одинаковых условиях, получался в одних случаях
один результат, в других – другой. Таким образом было установлено, что при
разрядке конденсатора через катушку возникают колебания.
Преподаватель:
Получить электрические магнитные колебания также легко, как и заставить
колебаться математический или пружинный маятники, но наблюдать эти
колебания без специальных устройств невозможно.
В. Какие же величины могут периодически изменятся в электрических
цепях?
Опр. 1. Периодические или почти периодические изменения , и
напряжения называются электромагнитными колебаниями.
В классической механике - это низкочастотные колебания.
В квантовой механике - это высокочастотные колебания.
Из вывода Максвелла следует, что в природе существует единое
электромагнитное поле.
Рис. 2
Опр. 2. Одновременное периодическое изменение связанных между собой
электрического и магнитного полей называется электромагнитными
колебаниями.
Как механические и электромагнитные колебания могут быть:
- свободными (затухающими)
- вынужденными (незатухающими)
а) Свободные электромагнитные колебания возникают в колебательном
контуре после однократного подведения энергии.
Рис. 3
Как всегда в любом разделе физики, мы стараемся изучить протекающие
процессы на модели.
Рассмотрим электромагнитные колебания с точки зрения преобразования
энергии в колебательном контуре.
Объяснение явления: На обкладках конденсатора сосредоточен
электрический заряд, после того как колебательному контуру
предоставляется самостоятельность, конденсатор разряжается через катушку
индуктивнос-ти, в которой возникает электрический ток. В конденсаторе
сосредоточено электрическое поле с энергией W , которая по мере
разрядки конденсатора, а в катушке возрастанию тока способствует
магнитной энергии W .
Если контур реальный, то потери энергии электромагнитного поля
неизбежны, т.к. частично энергия электромагнитного поля переходит во
внутреннюю энергию проводников, диэлектрика, а также выделяется в виде
джоулевого тепла на активной нагрузке (омическом сопротивлении R). В
результате, в реальном контуре возникают свободные электромагнитные
колебания, которые являются затухающими.
Вывод: (делают ученики) Свободные колебания, возникающие при разрядке
конденсатора через катушку — затухающие электромагнитные колебания.
Демонстрация:
Затухающие электромагнитные колебания на экране осциллографа, где Up
напряжение развертки.
Рис. 4
2. В идеальном колебательном контуре (R=0) возникают свободные
электромагнитные колебания , которые являются гармоническими.
В Дайте определение гармоническим колебаниям.
Отв (ученик). Гармонические колебания - это такие колебания, при которых
физическая величина изменяется по закону Sin или Cos.
Воспользуемся аналогией между механическими и электромагнитными
колебаниями и найдем зависимость от времени для электрических
характеристик идеального колебательного контура.
Дополнительная справка (ученик)
Аналогия - один из методов научного познания, который широко
применяется при изучении физики. В основе аналогии лежит сравнение. Если
обнаруживается, что два или более объектов имеют сходные признаки, то
делается вывод и о сходстве других признаков. Вывод по аналогии может
быть как истинным, так и ложным, поэтому он требует экспериментальной
проверки. (Г. Галилей – основоположник научного метода познания).
Для облегчения изучения электромагнитных колебаний удобно использовать
электромеханические аналогии, поскольку теория колебаний имеет
универсальный характер, т.е. колебательные и волновые процессы различной
природы подчиняются общим закономерностям.
Сравнительная таблица.
Подведем итог: (обобщают ученики)
Колебательные процессы различной природы описываются одинаковыми по
виду уравнениями и имеют тождественные графические интерпретации.
Академик Мандельштам отмечал: “Теория колебаний объединяет, обобщает
различные области физики... Каждая из областей физики — оптика,