Конспект урока по физике Гармонические колебания. Уравнение электромагнитных гармонических колебаний

_{Тема. Гармонические колебания. Уравнение электромагнитных гармонических колебаний}

_{Цели урока: осуществить фронтальный опрос по проверке знаний учащимися ранее изученного материала; провести аналогию при записи основного уравнения электромагнитных колебаний; записать законы изменения заряда, силы тока и напряжения; формировать навыки решения задач с использованием основных понятий темы; развивать память, научное мышление учащихся, речь; воспитывать самостоятельность, аккуратность, трудолюбие.}

_{Тип урока: комбинированный}

_{Ход урока}

1. _{Организационный момент}

2. _{Фронтальный опрос по пройденному материалу}

   • _{Что называют электромагнитными колебаниями?}

   • _{Где могут возникать электромагнитные колебания?}

   • _{Что представляет собой простейший колебательный контур?}

   • _{Изобразить схему простейшего колебательного контура}

   • _{Как можно зарядить конденсатор? Изобразить простейшую схему зарядки конденсатора}

   • _{Рассказать, какие процессы происходят в колебательном контуре через каждую четверть периода}

   • _{Какие электромагнитные величины изменяются с течением времени?}

   • _{Какие превращения энергии происходят в колебательном контуре?}

   • _{Как определить энергию электрического поля конденсатора? Записать формулу}

   • _{Как определить энергию магнитного поля поля конденсатора? Записать формулу}

   • _{Изменяется ли энергия электромагнитного поля?}

   • _{Что называют периодом электромагнитного колебания, и в каких единицах он измеряется?}

   • _{От чего зависит период электромагнитных колебаний?}

   • _{Записать формулу периода}

   • _{Что называют собственной частотой электромагнитных колебаний, и в каких единицах она измеряется?}

   • _{Записать формулу собственной частоты колебаний}

   • _{Что такое циклическая частота колебаний, и в каких единицах она измеряется?}

   • _{Как циклическая частота связана с периодом и собственной частотой колебаний?}

   • _{Как обозначается индуктивность катушки, единицы измерения?}

   • _{Как обозначается ёмкость конденсатора, единицы измерения?}

   • _{Что нужно для того, чтобы электромагнитные колебания не затухали?}

3. _{Постановка темы урока}

_{При электромагнитных колебаниях происходят периодические изменения электрического заряда, силы тока и напряжения. Для того, чтобы рассчитать мгновенные значения этих величин в данный момент времени, нужно иметь уравнения, описывающие свободные электромагнитные колебания этих величин. Тема сегодняшнего урока: «Гармонические колебания. Уравнение электромагнитных гармонических колебаний».}

4. _{Изложение нового материала}

Подобно тому как координата при механических колебаниях (в случае, когда в начальный момент времени отклонение тела маятника от положения равновесия максимально) изменяется со временем по гармоническому закону:

х = х_m cos

заряд конденсатора меняется с течением времени по такому же закону:

q = q_m cos,

где q - мгновенное значение электрического заряда

q_m - амплитуда колебаний заряда

- циклическая частота колебаний

t - определённый момент времени

Сила тока также совершает гармонические колебания:

i = = - = I_m ,

где I_m = q_m - амплитуда колебаний силы тока.

Колебания силы тока опережают по фазе на колебания заряда.

Точно так же колебания скорости тела в случае пружинного или математического маятника опережают на колебания координаты (смещения) этого тела.

В действительности, из-за неизбежного наличия сопротивления электрической цепи, колебания будут затухающими. Сопротивление R также будет влиять и на период колебаний, чем больше сопротивление R, тем большим будет период колебаний. При достаточно большом сопротивлении колебания совсем не возникнут. Конденсатор разрядится, но перезарядки его не произойдет, энергия электрического и магнитного полей перейдет в тепло.

Уравнение колебаний напряжения

u = = = - U_m , где U_m = .

Период и частота не зависят от амплитуды колебаний и полностью определяются параметрами колебательной системы (L и C):

Т = ;

Т = ;

5. Закрепление новой темы. Решение задач

1. Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура?

2. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=444 пФ и катушка

индуктивностью L=4мГн. На какую частоту настроен контур?

3. Как изменится период и частота колебаний в контуре, если индуктивность увеличить в 4 раза, а емкость - в 16 раз?

3. Сила тока в цепи переменного тока меняется со временем по закону i =20 Cos 100πt. Определить характеристики колебательной системы и построить график данного колебательного процесса.

Решение.

1.Выясним сначала, какой это вид колебаний.

Гармонические колебания.

2.Запишем уравнение в общем виде: i = I_mcos ωt

3.Проводим сравнение общего уравнения с данным.

Увидели, что I_m = 20А, а ω = 100π.

4. Для построения графика нужны следующие величины: I_m и T.
I_m мы уже нашли, а теперь найдём T, используя формулу T = : T = .

5.Теперь выберем и построим оси координат; одна - время, вторая - переменный ток.

Обязательно нужно выбрать правильно масштаб.

6. Давайте вспомним, как выглядит график функции y = сos x. Зная из курса алгебры промежутки возрастания и убывания функции y = сos x, мы построим схематически график.

T = 0,02с.

7.Проведем плавную линию.

Итак, мы построили график колебаний по уравнению i =20 сos 100πt. Рисунок 1.

Ребята, давайте подчеркнём основные этапы, т.е. проговорим алгоритм решения такого типа задач.

Алгоритм:

• Сравниваем конкретное уравнение с уравнением в общем виде.

• Определяем характеристики колебательной системы и обозначаем их: I_m, T, ω.

• Выбираем масштаб, строим и обозначаем оси.

• Показываем значение периода, полупериода, значение максимального тока в характерных точках. Схематично проводим график по аналогии с y = сosx.

• Применяем формулы конкретного вида сопротивления и закона Ома.

6. Итог урока

Заряд конденсатора меняется с течением времени по такому же закону: q = q_m cos

сила тока по закону: i = = - I_m, где I_m=

напряжение по закону: u = = = - U_m , где U_m = .

7. Домашнее задание: § 42 (читать), выучить конспект, решить задачи 979, 980 (Р.)