«Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями». Разработка к уроку: "Электромагнитные колебания"

Учебное занятие по физике

«Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями»

Разработала преподаватель физики ГАПОУ СО «Саратовский техникум отраслевых технологий»

Соляник Стелла Равиловна.

2018г.

Аналогия между физическими величинами, которые описывают механические и электромагнитные колебания .

Пружинный маятник

Колебательный контур

m - масса

L – индуктивность

k- коэффициент упругости

 - коэффициент трения

- величина, обратная

электроемкости

R – сопротивление

F - сила

 и – ЭДС

х (t) – координата тела

v (t) – скорость тела

q (t) – заряд конденсатора

I (t) – сила тока в цепи

а (t) - ускорение

- скорость изменения силы тока

- потенциальная

энергия упруго

- энергия электрического

- кинетическая

деформированной

поля конденсатора.

энергия

- энергия магнитного

пружины

колеблющегося

поля катушки

тела

индуктивности

Процессы преобразования энергии в колебательном контуре соответствуют процессам, происходящим при колебаниях пружинного маятника, данная аналогия позволяет подробно разобрать процессы, происходящие в контуре:

Пружинный маятник

Колебательный контур

1. Маятник отводим из положения равновесия, он приобретает избыточную потенциальную энергию. В этот момент: Е K = 0 , а Е = Е Пmax , т.е. полная механическая энергия маятника равна максимальной потенциальной энергии маятника.

1. На обкладках конденсатора накапливается максимальный электрический заряд, а в конденсаторе возникает электрическое поле, энергия которого максимальна. Энергия магнитного поля равна нулю.

2. Отпускаем маятник. Тело возвращается в положение равновесия по принципу минимума потенциальной энергии, следовательно, увеличивается кинетическая энергия тела при этом полная механическая энергия маятника остается неизменной: Е = Е К + Е П

2. Конденсатор разряжается через катушку индуктивности. На протяжении первой четверти периода энергия электрического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки, а полная электромагнитная энергия остается постоянной. Е = Е эл + Е магн

3. В момент прохождения маятником положения равновесия скорость движения тела максимальна, следовательно, максимальна кинетическая энергия. Полная механическая энергия маятника постоянна: Е = Е Кmax

3. В момент, когда конденсатор полностью разрядится, энергия электрического поля равна нулю, сила тока в цепи достигает максимального значения, а полная энергия колебательного контура равна максимальной магнитной энергии

4. После прохождения телом положения равновесия его скорость начинает убывать, и следовательно, кинетическая энергия - уменьшаться, а потенциальная энергия системы — расти. Полная механическая энергия маятника остается постоянной: Е = Е К + Е П

4. Конденсатор перезаряжается, его заряд меняется на противоположный. На протяжении второй четверти периода энергия магнитного поля превращается в энергию электрического поля конденсатора: Е = Е эл + Е магн

Рис. 1. ЛЭП без повышения напряжения

5. При максимальном отклонении от положения равновесия маятник на мгновение остановится: кинетическая энергия маятника равна нулю, а потенциальная - максимальна и снова равна полной механической энергии маятника Е = Е Пmax

5. Конденсатор заряжается, пока сила тока не достигнет нуля, энергия магнитного поля катушки при этом равно нулю, а энергия электрического поля конденсатора максимальна и равна полной энергии контура.

Рис. 1. ЛЭП без повышения напряжения

Спасибо за внимание!