Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Название предмета - физика Класс - 9 УМК (название учебника, автор, год издания) - Физика. 9 кл.: учебник/ А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. - М.: Дрофа, 2014. Уровень обучения (базовый, углубленный, профильный) - базовый Тема урока - Колебательный контур. Получение электромагнитных колебаний. Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1 Место урока в системе уроков по теме - 46/11 Цель урока – организовать деятельность учащихся по восприятию, осмыслению и первичному запоминанию понятий: колебательный контур, электромагнитные колебания, формулы Томсона; фактов: превращение энергии в колебательном контуре при электромагнитных колебаниях. Задачи урока – Ввести понятия: “электромагнитные колебания”, “колебательный контур”; показать универсальность основных закономерностей колебательных процессов для колебаний любой физической природы; показать, что колебания в идеальном контуре являются гармоническими; раскрыть физический смысл характеристик колебаний. Развивать устную речь обучающихся через организацию диалогического общения на уроке, формировать умение выражать свои мысли в грамматически правильной форме. Формировать положительную мотивацию к учебе и повышение интереса к знаниям. Планируемые результаты - Применять формулу Томсона при решении задач. Техническое обеспечение урока - компьютер, мультимедийный проектор. Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока (возможны ссылки на интернет-ресурсы) – презентация к уроку с диска «Физика 9 класс» от VIDEOUROKI.NET https://videouroki.net/look/diski/fizika9/index.html Содержание урока 1. Организационный этап Взаимное приветствие учителя и обучающихся; проверка отсутствующих по журналу. 2. Актуализация субъектного опыта обучающихся Тест 44 «Электромагнитное поле. ЭМВ» 3. Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации) А начнем мы сегодняшний урок словами немецкого физика-теоретика и лауреат Нобелевской премии, Макса Планка: Не следует думать, что новые идеи побеждают путем острых дискуссий, в которых создатели нового переубеждают своих оппонентов. Старые идеи уступают новым таким образом, что носители старого умирают, а новое поколение воспитывается в новых идеях, воспринимая их как нечто само собой разумеющееся. 24 марта 1896 г. на заседании Российского физико-химического общества физик и электротехник Александр Степанович Попов с помощью изобретенного им радиопередатчика продемонстрировал передачу сигналов на расстояние 250 м. Он передал азбукой Морзе первую в мире радиограмму из двух слов: «Генрих Герц». Передача осуществлялась посредством электромагнитных волн радиодиапазона, т. е. была беспроводной. В то время это было воспринято как чудо. Теперь мы настолько привыкли, что можем не только слышать, но и видеть то, что происходит за много километров от нас, что это не вызывает ни малейшего удивления. Чтобы понять физические процессы, лежащие в основе передачи и приема звука и изображения, сначала следует познакомиться с таким важным устройством, как конденсатор. Конденсатор (от лат. condensator — тот, кто уплотняет, сгущает) — это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсаторы состоят из двух или более близко расположенных друг к другу проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, причем толщина слоя диэлектрика между проводниками значительно меньше размеров самих проводников. При небольших размерах конденсатор отличается значительной емкостью, не зависящей от наличия вблизи него других зарядов или проводников. На рисунке показано, как обозначается конденсатор на схемах электрических цепей. Существуют разные способы зарядки конденсатора. Можно, например, соединить его обкладки с источником постоянного напряжения. При этом обкладки конденсатора заряжаются равными по величине, но противоположными по знаку зарядами. Под зарядом конденсатора понимается модуль заряда одной из его обкладок. Опыт показывает, что заряд конденсатора прямо пропорционален напряжению между его обкладками. Коэффициент пропорциональности называется электрической емкостью (электроемкостью или просто емкостью) конденсатора. Электроемкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками. Единица электроемкости в СИ — фарад — получила свое название в честь Майкла Фарадея, внесшего большой вклад в развитие электромагнетизма. 1 Фарад равен емкости такого конденсатора, между обкладками которого возникает напряжение 1 Вольт при сообщении конденсатору заряда 1 Кулон. Опыты показывают, что чем больше площадь перекрытия пластин и чем меньше расстояние между ними, тем больше емкость плоского конденсатора. При внесении в пространство между обкладками стеклянной пластины емкость конденсатора увеличивается, следовательно, она зависит и от свойств используемого диэлектрика. В ряде случаев для получения требуемой емкости несколько конденсаторов соединяют в батареи, применяя при этом параллельное, последовательное и смешанное соединения. Конденсаторы можно классифицировать по следующим признакам и свойствам: по назначению — конденсаторы постоянной и переменной емкости; по форме обкладок различают конденсаторы плоские, сферические, цилиндрические и др.; по типу диэлектрика — бумажные, керамические, электролитические и т.д. На рисунке вы видите бумажный, электролитический и керамический конденсаторы. В бумажном конденсаторе обкладками служат две одинаковые бумажные ленты из металлической фольги, между которыми в качестве диэлектрика проложена лента из парафинированной бумаги. Все три ленты плотно скручены в рулон и помещены в металлический корпус. При сравнительно небольших габаритах бумажный конденсатор обладает довольно большой емкостью за счет большой площади пластин. В оксидно-электролитическом конденсаторе диэлектриком является очень тонкая оксидная пленка, нанесенная на металлическую пластину, являющуюся одной из обкладок. Роль второй обкладки играет электролит, контактирующий с металлическим корпусом. В миниатюрных керамических конденсаторах тонкий проводящий слой (обкладки) наносят на керамический цилиндр (изолятор). Необходимо знать, что чем тоньше изоляция, тем меньшее напряжение она выдерживает. Поэтому на корпусе конденсатора обычно указывается его номинальное напряжение. Указывается также емкость конденсатора. Конденсаторы применяют, например, в лампах-вспышках, лазерах и других устройствах. Широкое применение они нашли в радиотехнике. В радиотехнических устройствах часто используются конденсаторы переменной емкости. Изменение емкости в таком конденсаторе достигается изменением площади перекрытия обкладок. Он состоит из системы неподвижных пластин — статора и системы подвижных пластин — ротора, которые поворотом ручки можно вращать вокруг оси. Для увеличения емкости пластины ротора вдвигают в пространство между пластинами статора, увеличивая площадь перекрытия; для уменьшения емкости пластины выдвигают. Узнав, что такое конденсатор, катушка индуктивности и явление самоиндукции, мы можем смело переходить к следующей теме, а именно, речь сегодня пойдет о колебательном контуре и получении электромагнитных колебаний. Эпиграфом к уроку возьмем слова А. С. Пушкина: О, сколько нам открытий чудных Готовят просвещенья дух И опыт, сын ошибок трудных И гений, парадоксов – друг И случай – бог изобретатель. Прежде чем приступить к изучению новой темы, давайте повторим основные понятия, которые помогут нам разобраться в сегодняшней теме. Явление самоиндукции заключается в возникновении индукционного тока в проводнике при изменении силы тока в нем. Индуктивность контура — это физическая величина, введенная для оценивания способности проводника противодействовать изменению силы тока в нем. Конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля. И так, радиовещание (т.е. передача звуковой информации на большие расстояния) осуществляется посредством электромагнитных волн, излучаемых антенной радиопередающего устройства. Мы знаем, что источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся заряженные частицы. Значит, для того, чтобы антенна излучала электромагнитные волны, в ней нужно возбуждать колебания свободных электронов. Такие колебания называются электромагнитными, поскольку они порождают электромагнитным полем, распространяющееся в пространстве в виде электромагнитной волны. Таким образом, электромагнитные колебания — это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин (заряда, силы тока, напряжения, напряженности, магнитной индукции и др.) в электрической цепи. Как мы знаем, для создания мощной электромагнитной волны, которую можно было бы зарегистрировать приборами на больших расстояниях от излучающей антенны, необходимо, чтобы частота волны не меньше 0,1 мега Герца. Колебания таких больших частот невозможно получить от генератора переменного электрического тока, поэтому они подаются на антенну от генератора высокочастотных электромагнитных колебаний, имеющегося в каждом радиопередающем устройстве. Одной из основных частей генератора является колебательный контур — это колебательная система, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью эль, конденсатора емкостью цэ и резистора сопротивлением эр. Если из такой системы мы удалим активное сопротивление, то полученный контур будет называться идеальным (или, контуром Томсона). Рассмотрим свободные электромагнитные колебания, т.е. колебания, происходящие в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется. Получим их и удостоверимся в существовании с помощью установки, состоящей из источника тока, конденсатора и катушки. Катушка и конденсатор, соединенные друг с другом через переключатель, составляют колебательный контур. На некоторое время с помощью переключателя зарядим конденсатор, замкнув его на источник тока. Теперь наш заряженный конденсатор подсоединим обратно с катушкой. Слушайте внимательно, что происходит дальше. Так как цепь замкнута (в данном случае через катушку индуктивности), то электроны начнут перемещаться по проводнику от отрицательно заряженной обкладки конденсатора к положительной. Перемещаясь, электроны уравновесят напряжение на обкладках конденсатора и сделают его равным нулю, НО… В тот момент, когда напряжение на пластинах конденсатора будет нулевым, ток в катушке индуктивности, а, следовательно, и энергия магнитного поля вокруг ее витков, будут максимальными. При нулевом напряжении ток должен был бы перестать течь, но этого не происходит. А ток продолжает течь из-за явления из-за самоиндукции, т.е. под действием рассеивающегося магнитного поля катушки в проводнике наводится электрический ток, возникает электродвижущая сила самоиндукции, которая двигает электроны. При этом на месте этих электронов остаются «дырки», которые притягивают к себе другие электроны, таким образом, минус конденсатора заряжается положительно, а положительно заряженная обкладка становится отрицательно заряженной. Затем электрический ток в колебательном контуре вновь течет от минуса к плюсу. Описанное выше повторяется. Когда минус второй раз стал плюсом, а плюс - минусом, говорят, что в колебательном контуре было совершено одно полное колебание. Вот примерно так и происходят электромагнитные колебания в контуре. А теперь давайте обратимся к истории открытия этих колебаний. Дело все в том, что они были открыты почти случайно. После того как изобрели лейденскую банку (первый конденсатор) и научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической машины, начали изучать электрический разряд банки. Замыкая обкладки лейденской банки с помощью катушки, обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются. В этом ничего удивительного не было: электрический ток и должен намагничивать стальной сердечник катушки. Странным же было то, что нельзя было предсказать, какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой южным. Повторяя опыт примерно в одинаковых условиях, получали в одних случаях один результат, а в других другой. Далеко не сразу поняли, что при разрядке конденсатора через катушку в электрической цепи возникают колебания. За время разрядки конденсатор успевает много раз перезарядиться, и ток меняет направление много раз, в результате чего сердечник может намагничиваться различным образом. Но вернемся к нашему идеальному колебательному контуру. Мы знаем, что колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии называются свободными. Период свободных колебаний равен собственному периоду колебательной системы, в данном случае периоду контура. Формула для определения периода свободных электромагнитных колебаний была получена английским физиком Уильямом Томсоном в 1853 г. Она называется формулой Томсона и выглядит так: Данная формула показывает, что период колебательного контура определяется параметрами составляющих его элементов: индуктивностью катушки и емкостью конденсатора. Из формулы Томсона следует, например, что при уменьшении емкости или индуктивности период колебаний должен уменьшиться, а их частота — увеличиться и наоборот, при увеличении емкости или индуктивности период колебаний увеличивается, а их частота уменьшается. Но надо отметить еще одну важную особенность. Изначально между обкладками конденсатора запасено определенное количество энергии. Эта энергия неизбежно будет расходоваться на совершаемую работу, а именно, на передвижение электронов по проводнику, а это означает, что колебания в контуре рано или поздно прекратятся. Но избежать прекращения колебательного процесса в контуре довольно не сложно, для этого необходимо всего лишь подключить контур к источнику тока, который будет вбрасывать внутрь цепи новые порции энергии, не давая энергии израсходоваться полностью. В генераторе это осуществляется автоматически. 4. Закрепление материала Решение задач №1. Для демонстрации медленных электромагнитных колебаний собирается колебательный контур с конденсатором, емкость которого равна 2,5 мкФ. Какова должна быть индуктивность катушки при периоде колебания 0,2 с? Дано: СИ: Решение: C=2,5мкФ T=0,2 c 2,5 10-6 Ф Ответ: L-? №2. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 250 пФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Определите период и частоту свободных колебаний. №3. Необходимо собрать колебательный контур частотой 3 мГц, используя катушку индуктивностью 1,3 мГн. Какова должна быть емкость конденсатора? 5.Обобщение и систематизация Давайте повторим главное, что мы узнали на сегодняшнем уроке. Конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля. Под зарядом конденсатора понимается модуль заряда одной из его обкладок. Электроемкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками. Единица электроемкости в СИ — фарад. Конденсаторы классифицируются по следующим признакам и свойствам: по назначению — конденсаторы постоянной и переменной емкости; по форме обкладок различают конденсаторы плоские, сферические, цилиндрические и др.; по типу диэлектрика — бумажные, керамические, электролитические и т.д. Колебательный контур — это колебательная система, состоящая из включенных последовательно катушки, конденсатора и активного сопротивления. Свободные электромагнитные колебания — это колебания, происходящие в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется. Период свободных электромагнитных колебаний можно рассчитать с помощью формулы Томсона. Из этой формулы следует, что период колебательного контура определяется параметрами составляющих его элементов: индуктивности катушки и емкости конденсатора. 6. Домашнее задание §45, упражнение 42
Автор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Конспект.docxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Презентация к уроку.pptxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Тест.zipАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - видео.zip
