Методическая разработка открытого урока по физике «РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ»

Методическая разработка открытого урока по физике « РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ»

Цель урока: Раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при резонансе напряжений и научить учащихся применять основные закономерности электрического резонанса при решении физических задач; 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:

Тесты с использованием программы «Verdikt»

Технические средства обучения:

1.Генератор звуковой частоты
2.Батарея конденсаторов

3.Универсальный трансформатор

4.Лампочка на подставке

5.Реостат лабораторный

6.Соединительные провода

7.Компьютер

8.Мультимедийный проектор

9.Экран

10.Компакт-диск "Открытая физика1.1"

11Вольтметры

ХОД УРОКА

I. Введение: создание мотивации.

Учитель:

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).

Проверка домашнего задания (тесты)

1.Емкостное сопротивление конденсатора на частоте 50 Гц равно 100 Ом.каким будет оно на частоте 200 Гц?

1.400Ом 2.200Ом. 3.1600 Ом. 4.25 Ом. 5. 6,25 Ом 6. 50 Ом

2.Индуктивное сопротивление катушки на частоте 100 Гц равно 80 Ом. Каким оно будет на частоте 25Гц?

1. 20 Ом . 2. 5 Ом. 3. 40 Ом. 4. 1280 Ом. 5. 160 Ом. 6. 320 Ом.

3.Амплитуда гармонических колебаний силы тока равна 10 А. Чему равно действующее значение силы тока?

1.10 2. 5 А 3. 10/ 3. 10 4.0 А.

4. Изменения заряда конденсатора в колебательном контуре происходят по закону

q = 0,01cos 10πt. Определите циклическую частоту колебаний заряда.

А) 0,01

Б) cos 10 πt

В) 10 π

Г) 10

5. Сила тока в цепи изменяется со временем по закону ί = 6sin 0,1пt. Чему равен период электрических колебаний?

А) 6 с

Б) 20 с

В) 20 t с

Г) 0,1п с

6. Какое из выражений определяет период электромагнитных колебаний в контуре, состоящем из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью Ŀ?

А) С

Б)

В) 2π

Г)

7.Как изменится период колебаний в контуре, если индуктивность катушки увеличить в 4 раза?

А) Уменьшится в 4 раза?

Б) Уменьшится в 2 раза?

В) Увеличится в 4 раза?

Г) Увеличится в 2 раза?

8.Период колебаний равен 2 мс. Частота этих колебаний равна

1) 0.5 Гц 2) 20 Гц 3) 500 Гц 4) π кГц

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

1. Что называют электромагнитными колебаниями?

2. Какие электромагнитные колебания называют вынужденными?

3. Что представляет собой цепь переменного тока с активным сопротивлением?

4. Назовите основные особенности переменного электрического тока на участке цепи с активным сопротивлением.

5. Дайте определение действующего значения силы переменного тока.

6. Что представляет собой цепь переменного тока с емкостным сопротивлением?

7. От каких величин зависит реактивное емкостное сопротивление?

8. Как записывается закон Ома для амплитудных и действующих значений силы тока и напряжения?

9. Что представляет собой цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением?

10. Назовите основные особенности переменного электрического тока на участке цепи с емкостным сопротивлением.

III. Изучение нового материала.

Рассматриваемые вопросы:

• Закон Ома для электрической цепи переменного тока.

• Резонанс в цепи переменного тока.

• Применение и учёт резонанса в технике.

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из катушки, батареи конденсаторов, реостата и лампы накаливания в качестве индикатора, соединённых последовательно и присоединённых к генератору. На шкале генератора установлена частота 3 кГц. Ёмкость конденсатора (2 мкФ) и индуктивность катушки (6/6 на магнитопроводе без ярма) подобраны так, что при этой частоте в цепи примерно резонанс.

Включив в процессе демонстрации данную цепь прошу учащихся подумать ,как изменится в цепи ток(накал лампочки), если выключить катушку индуктивности или конденсатор. Как правило ,учащиеся единодушно заявляют, опираясь на известные опыты для цепей c R,L и C,что сила тока возрастет. После этого поочередно замыкаю проводом накоротко катушку и конденсатор и, к удивлению школьников, обнаруживают, что сила тока резко уменьшается.

Явление объясняют тем , что напряжения на емкости и индуктивности находятся в противофазе и поэтому частично или полностью компенсируют друг друга .

Как изменится ход эксперимента, если увеличить активное сопротивление реостата? Выдвинуть гипотезу, проверить на практике. Резонанс наблюдается при той же частоте, но при меньшем накале лампочки

Зависимость силы тока от частоты можно изобразить графически. Такой график называют резонансной кривой. При резонансе сила тока достигает максимального значения, так как индуктивное сопротивление равно ёмкостному, их разность равна 0, а полное сопротивление равно активному сопротивлению реостата и лампочки. Напряжение на конденсаторе , и напряжение на катушке , достигают наибольшего значения и также становятся равны. Поэтому, электрический резонанс в последовательном колебательном контуре называют резонансом напряжений. При резонансе напряжение на конденсаторе может в несколько раз превышать напряжение на зажимах генератора. Этот факт подтверждаем на опыте.

Графическая зависимость отношения от частоты имеет такую же форму как и зависимость силы тока от частоты, и также называется резонансной кривой.

Теперь исследуем явление электрического резонанса с помощью компьютерной модели. (. Установить R=1,5 Ом, С=50 мкФ, L=2,2 мГн).

Обратить внимание, что при резонансе напряжения на конденсаторе и катушке равны по величине, но имеют противоположный сдвиг фаз по отношению к силе тока.

Самостоятельная работа с учебником ( стр.96 )

Сообщение учащегося « Использование резонанса в радиосвязи.»

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.

В цепях, не рассчитанных на работу в условиях резонанса, нельзя допускать его возникновения, так как высокие напряжения могут вызвать пробой диэлектрика в конденсаторе, а большие токи могут расплавить изоляцию.


4. Закрепление.

1. Что было изучено сегодня на уроке?

2. С каким новым физическим явлением Вы познакомились?

3. Дайте определение электрического резонанса.

4. Ответить на вопрос, задав нужные параметры компьютерной модели.

5. Решить задачу № 983.

5. Домашнее задание..

• §35. Учебник "Физика-11". Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.

• № 981, 982, 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".

. Рефлексия
(Карточки с вопросами находятся на столе у каждого учащегося).

1. Что интересного запомнилось Вам на уроке?

2. Что оказалось для Вас полезным?

3. Что представляло наибольшую трудность?

4. Как Вы оцениваете полученные сегодня знания (глубокие, осознанные; предстоит осознать; неосознанные)?

Я благодарю всех за урок. До свидания.

Литература

1. Физика: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. - М.: Просвещение, 2005, с . 102-105.

2. Диск "Открытая физика", версия 2,5, часть 2., под редакцией профессора МФТИ Козела С.М. ООО "Физикон", 2002

3. В.П. Орехов «Колебания и волны в курсе физики средней школы»

4. Сайт «Фестиваль открытых идей», статья Шелухиной Светланы Федоровнаы "Переменный ток на реальном участке цепи. Электрический резонанс"

5. Сост. Кондрашов А.П., Комарова И.И. Великие мысли великих людей. - М.: РИПОЛ классик, 2007, с. 48