- Преподавателю
- Физика
- Методическая разработка открытого урока по физике Переменный ток на реальном участке цепи. Электрический резонанс
Методическая разработка открытого урока по физике Переменный ток на реальном участке цепи. Электрический резонанс
Раздел | Физика |
Класс | - |
Тип | Конспекты |
Автор | Пыляева Н.В. |
Дата | 30.08.2015 |
Формат | docx |
Изображения | Есть |
Тема: Методическая разработка открытого урока по физике "Переменный ток на реальном участке цепи. Электрический резонанс"
Цели урока:
-
Ввести понятие о реальном участке цепи.
-
Изучить основные особенности переменного электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединённых резистора, конденсатора и катушки индуктивности.
-
Раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при электрическом резонансе, и изучить средства его описания.
-
Расширить политехнический кругозор учащихся сведениями о прикладном значении электрического резонанса.
Тип урока: урок изучения нового материала и первичного закрепления.
Демонстрации: явление электрического резонанса.
Учебно-методическое обеспечение: видео-презентации учебного материала № 1, 2.
Технические средства обучения:
-
компьютер;
-
мультимедийный проектор;
-
экран.
ХОД УРОКА
I. Введение: создание мотивации.
Учитель:
"Закройте глаза, освободите уши, напрягите слух, и от нежнейшего дуновения до самого дикого шума, от простейшего звука до высочайшей гармонии, от самого мощного страстного крика до самых кротких слов разума - всё это речь природы, которая обнаруживает своё бытиё, свою силу, свою жизнь…
Она даёт дивное зрелище; видит ли она сама, мы не знаем, но она его даёт для нас, а мы, незамеченные, смотрим из-за угла… Каждому является она в особенном виде. Она скрывается под тысячей имён и названий, и всё равно одна и та же. Она ввела меня в жизнь, она и уведёт. Я доверяю ей. Пусть она делает со мной, что хочет…". Иоганн Вольфганг Гёте
Физика - наука о природе, приоткрывшая завесу и разгадавшая больше загадок мироздания, чем любая другая наука. Мы - дети природы и должны уметь с ней разговаривать, понимать и беречь её.
Кроме того, мы должны не только пользоваться всем тем, что дарит нам природа, любоваться ею, но стараться постичь её и увидеть то, что скрыто от нас за внешними образами явлений. А это можно лишь с помощью замечательной науки - физики.
Только физика позволяет заметить, что в "явлениях природы есть формы и ритмы, недоступные глазу созерцателя, но открытые глазу аналитика. Эти формы и ритмы мы называем физическими законами" (Р.Фейнман).
II. Повторение ранее изученного материала.
Учитель:
На прошедших уроках мы детально изучили процессы, которые происходят на участке цепи с одним из возможных сопротивлений.
Сегодня на занятии мы должны с Вами изучить основные особенности переменного электрического тока на реальном участке цепи и раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при электрическом резонансе.
Итак, давайте вспомним.
Фронтальный опрос
-
Что называют электромагнитными колебаниями?
-
Какие электромагнитные колебания называют вынужденными?
-
Дайте определение переменного электрического тока.
-
Что представляет собой цепь переменного тока с активным сопротивлением?
-
Назовите основные особенности переменного электрического тока на участке цепи с активным сопротивлением.
-
Дайте определение действующего значения силы переменного тока.
-
Что представляет собой цепь переменного тока с емкостным сопротивлением?
-
По каким законам меняются мгновенные значения напряжения и силы тока в такой цепи и чему равен сдвиг фаз между ними?
-
От каких величин зависит реактивное емкостное сопротивление?
-
Как записывается закон Ома для амплитудных и действующих значений силы тока и напряжения?
-
Что представляет собой цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением?
-
Назовите основные особенности переменного электрического тока на участке цепи с емкостным сопротивлением.
III. Изучение нового материала.
В рабочих тетрадях записываем дату, вид работы, тему урока и рассматриваемые вопросы.
Рассматриваемые вопросы:
-
Закон Ома для электрической цепи переменного тока.
-
Резонанс в цепи переменного тока.
-
Применение и учёт резонанса в технике.
Учитель:
В действительности участок цепи, по которому протекает переменный электрический ток, обладает свойствами активного, емкостного и индуктивного сопротивлений, правда, в разной степени. В каких-то случаях тем или иным сопротивлением можно пренебречь - в зависимости от решаемой задачи.
Рассмотрим процессы, происходящие на реальном участке цепи, представляющем собой последовательное соединение резистора, конденсатора и катушки индуктивности.
<Рисунок 1>
Отношения между физическими величинами для такого участка значительно сложнее, поэтому обратимся к главным результатам.
Опишем прохождение переменного электрического тока на таком участке цепи.
Напряжение, подаваемое внешним генератором, в любой момент времени равно сумме падений напряжений на различных участках цепи:
Пусть напряжение в цепи изменяется по гармоническому закону:
Так как напряжение на каждом участке своё, то на разных участках цепи между колебаниями силы тока и напряжения имеется свой сдвиг фаз. Поэтому сила тока в цепи будет изменяться по закону:
Амплитуда приложенного напряжения определяется на векторной диаграмме как геометрическая сумма амплитуд падений напряжений на активном сопротивлении, катушке индуктивности и конденсаторе.
<Рисунок 2>
Из прямоугольного треугольника на чертеже имеем:
Тогда:
Полное электрическое сопротивление цепи переменному току:
Величина
называется реактивным сопротивлением или реактансом.
Закон Ома для цепи переменного тока запишется в виде:
Формулировка закона Ома для цепи переменного тока:
Амплитуда силы переменного тока прямо пропорциональна амплитуде напряжения и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
Закон Ома для действующих значений силы тока и напряжения:
Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения можно определить из векторной диаграммы:
На реальном участке цепи происходят новые физические явления. Одно из важных - электрический резонанс.
Явление электрического резонанса впервые было описано выдающимся английским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1868 году.
Из формулы (7) следует условие, при котором наступает электрический резонанс: сила тока максимальна при минимальном значении полного сопротивления цепи, т.е. когда:
При этом:
-
цепь обладает только активным сопротивлением;
-
(UL)рез. = (UC)рез. (по модулю), но противоположны по фазе.
Выводы:
Из (10) следует, что электрический резонанс происходит, когда частота вынуждающего напряжения равна собственной частоте электрической цепи:
Амплитуда установившихся колебаний силы тока при резонансе определяется:
При электрическом резонансе цепь фактически обладает только активным сопротивлением, т.е. нет сдвига фаз между силой тока и напряжением, хотя до и после резонанса этот сдвиг фаз есть.
Проанализируем формулу (12):
-
при R -> 0 (Imax)рез. -> (чем меньше активное сопротивление R, тем более острый максимум имеет резонансная кривая);
-
при R -> говорить о резонансе не имеет смысла.
<Рисунок 3>
Таким образом: резонанс в электрической цепи переменного тока - явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с частотой свободных незатухающих колебаний в контуре.
Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи в схемах настройки радиоприёмников (для выделения сигнала требуемой частоты), усилителей, генераторов высокочастотных колебаний. На явлении резонанса основана работа многих измерительных приборов. Например, резонансный волномер используется для измерения частоты и является основной частью генераторов стандартных сигналов.
Нужно помнить, что явление электрического резонанса необходимо учитывать при расчёте изоляции электрических цепей.
Вредное влияние резонанса проявляется в тех случаях, когда в цепи, не рассчитанной на работу в условиях резонанса, возникают чрезмерно большие токи или напряжения.
Резкие возрастания тока могут привести к нарушению изоляции витков катушки индуктивности, а большие напряжения - к пробою конденсаторов.
IV. Закрепление изученного материала.
Вопросы для закрепления
-
Что было изучено сегодня на уроке?
-
Как бы Вы сформулировали тему сегодняшнего урока?
-
Какие новые понятия на уроке были введены?
-
Что представляет собой реальный участок цепи?
-
Какие новые формулы и законы изучили?
-
С каким новым физическим явлением Вы познакомились?
-
Дайте определение электрического резонанса.
V. Подведение итогов урока.
Учитель:
Мы заканчиваем наш урок. Проследим логику изучения нами учебного материала.
С чего мы начали?
-
Повторили ранее изученный материал.
-
Выделили основные теоретические положения новой темы.
-
Подтвердили эти положения демонстрационным экспериментом.
-
Нашли практическое применение явления электрического резонанса.
-
Систематизировали и закрепили полученные знания.
Рефлексия
-
Что интересного запомнилось Вам на уроке?
-
Что оказалось для Вас полезным?
-
Что представляло наибольшую трудность?
-
Как Вы оцениваете полученные сегодня знания (глубокие, осознанные; предстоит осознать; неосознанные)?
Несколько учеников зачитывают свои ответы. Учитель подводит итоги урока, объявляются отметки учащимся.
VI. Домашнее задание.
-
№ 981, 982, 983. Физика. Задачник 10-11 кл. Рымкевич А.П.
Заключительное слово учителя:
Наш урок мы завершим изречениями древнекитайского философа, последователя Конфуция - Сюнь-цзы:
"Не поднявшись на высокую гору, не узнаешь высоты неба. Не взглянув в глубокое ущелье в горах, не узнаешь толщины земли. Не услышав заветов предков, не узнаешь величия учёности".
"В учении нельзя останавливаться".
И действительно, сколько ещё непознанного и неразгаданного вокруг нас. Какое поле деятельности для умелых рук, пытливого ума, смелой и любознательной натуры! А "великий океан истины" всё также расстилается перед нами неразгаданным до конца, загадочным, волшебным и манящим.
Я благодарю всех за урок. До свидания.