Электромагнитные колебания. Формула Томсона

Тема: «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. Формула Томсона». Цель урока: вспомнить понятия : колебания, виды, частоту и период колебаний; изучить понятие «электромагнитные колебания» и познакомится формулой Томсона. Ход урока: I Орг. момент II Устный опрос по: «колебательному движению» - Что такое математический маятник? (Математическим маятником называют материальную точку (тело небольших размеров), подвешенную на тонкой невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне.) - От чего зависит период колебаний математического маятника?( Период математического маятника зависит только:
1) от длины нити, на которой подвешена материальная точка(чем длина этой нити, тем период математического маятника больше и чем 2) от ускорения (чем ускорение, тем T=2*пи*корень квадратный из(L\g)    - Какие колебания называются свободными?( Свободными называют колебания, происходящие под действием внутренних сил в системе выведенной из положения равновесия и предоставленной самой себе.) - Почему колебания затухают?( Затухающие колебания это колебания с постоянной убывающей по времени амплитудой. Свободные колебания реальных систем всегда затухают, потому что в механических системах происходит трение и за счет него идет затухание, а в электромагнитных системах происходит сопротивление.) - Что такое амплитуда колебаний?( Амплиту́да — максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения при колебательном или волновом движении.) III Изучение нового материала: ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. Формула Томсона. 1. Открытие электромагнитных колебаний было неожиданным. После того как изобрели простейший конденсатор и научились сообщать ему большой заряд с помощью электростатической машины, ученые начали наблюдать его электрический заряд. С простейшим конденсатором — лейденской банкой — вы ознакомились в 8 классе.

Конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля 

Замыкая обкладки лейденской банки с помощью проволочной катушки, обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются. В этом ничего странного не было, так как электрический ток и должен намагничивать стальной сердечник катушки. Удивительным было то, что нельзя было предсказать, какой конец намагниченного сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой — южным. Опыты, проведенные в одних и тех же условиях, давали различные результаты. Ученые не сразу поняли, что при разрядке конденсатора через катушку возникают колебания. За время разряда конденсатор успевает несколько раз перезарядиться, и электрический ток тоже меняет направление. Из-за этого сердечник может намагничиваться по-разному, и его полюсы поочередно меняются. Итак, при разрядке конденсатора периодически (или почти периодически) изменяются заряд, ток, напряжение, электрические и магнитные поля. Периодическое изменение этих величия называют электромагнитными колебаниями. Получить электромагнитные колебания почти так же просто, как и заставить тело колебаться, подвесив его на пружине. Но наблюдать электромагнитные колебания уже не так просто. Ведь мы непосредственно не видим ни перезарядки конденсатора, ни тока в катушке. К тому же колебания обычно происходят с очень большой частотой. Для наблюдения и исследования электромагнитных колебаний самым подходящим прибором является электронный осциллограф. Стр.75 Электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, состоящей из батареи конденсаторов и катушки индуктивности. Цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и катушки и позволяющая получать электромагнитные колебания, называется колебательным контуром. Стр.74 Такие поочередно изменяющиеся в колебательном контуре процессы можно увидеть на экране осциллографа. В идеальных условиях, когда электрическое сопротивление равно или близко к нулю, на экране можно увидеть свободные электромагнитные колебания . А в случае, когда электрическое сопротивление контура будет большим, то на экране осциллографа появляется осциллограмма затухающего колебания. При увеличении электрической емкости конденсатора в установке можно увидеть растягивание осциллограммы в горизонтальном направления. Следовательно, с увеличением емкости колебательного контура период электромагнитного колебания возрастает (частота соответственно уменьшается). Когда емкость уменьшается, период колебания тоже уменьшается, а частота, естественно, возрастает. Такой же результат получается при изменении индуктивности катушки в контуре. Физические величины — индуктивность и емкость — вам известны из курса физики для 8 классов. При увеличении индуктивности период колебания возрастает, и, наоборот — при уменьшении индуктивности период сокращается. Этот результат аналогичен изменению периода колебания пружинного маятника при изменении массы груза и жесткости пружины. Таким образом, период свободного электромагнитного колебания в колебательном контуре вычисляется через индуктивность контура (L) и емкость (С) по формуле: В честь него это выражение называется формулой Томсона. Для того чтобы получить период (Т) в секундах (с), индуктивность (L) должна быть выражена в генри (Гн), а емкость (С) — в фарадах (Ф).(  Электроёмкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.) Явления в колебательном контуре аналогичны явлениям в пружинном маятнике. Действительно, для того чтобы возникли колебания в пружинном маятнике, пружину надо деформировать (сжать), сообщив ей потенциальную энергию. Аналогично, чтобы в колебательном контуре возникли колебания, следует зарядить конденсатор и таким образом сосредоточить в нем энергию электрического поля. Через четверть периода деформация пружины исчезает, а груз с максимальной скоростью проходит положение равновесия. При этом потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию груза. Точно так же через четверть периода конденсатор разряжается, и через обмотку катушки течет электрический ток максимальной силы. Энергия электрического поля конденсатора превратилась в энергию магнитного поля катушки. Далее груз, продолжая свое движение, растягивает пружину, и к концу полупериода кинетическая энергия груза вновь превращается в потенциальную энергию пружины. Аналогично электрические заряды за счет энергии магнитного поля начинают накапливаться на обкладках конденсатора, и к концу полупериода энергия магнитного поля катушки превращается в энергию электрического поля конденсатора. Этот процесс вновь повторяется, и к концу периода система возвращается в первоначальное состояние. Таким образом, можно сделать вывод: в цепи, состоящей из конденсатора и катушки индуктивности, при очередной разрядке конденсатора возникают электромагнитные колебания. 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=2,5 мкФ T=0,2 c	2,5 10-6 Ф	Ответ:
L-?

Работа в парах - решение задач самостоятельно: №2. Какой должна быть длина математического маятника, чтобы период его колебаний был равен 1 с?( 0,25м) №3. Тело массой 200 г, подвешенное на пружине с жесткостью 16 Н/м колеблется с амплитудой 2 см в горизонтальной плоскости. Определите циклическую частоту колебания тела и энергию системы.(1,26*10^6 c) №4. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 250 пФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Определите период и частоту свободных колебаний. №5. Необходимо собрать колебательный контур частотой 3 мГц, используя катушку индуктивностью 1,3 мГн. Какова должна быть емкость конденсатора?

V Закрепление: Фронтально отвечают на вопросы: - Что представляет собой колебательный контур? Начертите его схему. - Что необходимо сделать, чтобы в колебательном контуре возникли свободные колебания? - Почему свободные электромагнитные колебания затухают? - Как влияет изменение емкости конденсатора на период свободного колебания в контуре? - Как влияет изменение индуктивности катушки на период свободного колебания в контуре? - Какой формулой выражается период свободных колебаний в колебательном контуре? В каких единицах измеряются величины, входящие в нее? VI Подведение итогов Рефлексия: - что я узнал сегодня на уроке? - что меня удивило? Поразило? - что мне было известно до изучения темы? VII Домашнее задание: § 17-20 стр.76 №1-3 формулы

Доп.задачи№3-5 громцева стр.159