Fizica 9 circuit oscilator oscilații electromagnetice. Vibrații electromagnetice

Test de fizică Circuit oscilator, Obținerea oscilațiilor electromagnetice pentru elevii clasei a IX-a cu răspunsuri. Testul include 10 întrebări cu răspunsuri multiple.

1. În circuitul oscilator, după descărcarea condensatorului, curentul nu dispare imediat, ci scade treptat, reîncărcând condensatorul. Acest lucru se datorează fenomenului

1) inerție
2) inducție electrostatică
3) auto-inducere
4) emisie termoionică

2. Cum se va schimba perioada de oscilații naturale a circuitului dacă inductanța acestuia este crescută de 10 ori și capacitatea sa este redusă de 2,5 ori?

1) Va crește de 2 ori
2) Va scădea de 2 ori
3) Va crește de 4 ori
4) Va scădea de 4 ori

3. Cum se va schimba perioada de oscilații naturale a circuitului dacă inductanța acestuia este crescută de 20 de ori și capacitatea sa este redusă de 5 ori?

1) Va crește de 2 ori
2) Va scădea de 2 ori
3) Va crește de 4 ori
4) Va scădea de 4 ori

4. Circuitul oscilator este format dintr-un condensator cu capacitate electrică CUși inductori L. Cum se va schimba perioada oscilațiilor electromagnetice din acest circuit dacă atât capacitatea electrică a condensatorului, cât și inductanța bobinei sunt crescute de 4 ori?

1) Nu se va schimba
2) Va crește de 4 ori
3) Va scădea de 4 ori
4) Va scădea de 16 ori

5. LA

1) Va scădea de 2 ori
2) Va crește de 2 ori
3) Va scădea de 4 ori
4) Va crește de 4 ori

6. Cum se va schimba perioada de oscilații electromagnetice naturale în circuit dacă cheia LA treci din poziția 1 în poziția 2?

1) Va scădea de 4 ori
2) Va crește de 4 ori
3) Va scădea de 2 ori
4) Va crește de 2 ori

7. Cum se va schimba perioada de oscilații electromagnetice naturale în circuit dacă cheia LA treci din poziția 1 în poziția 2?

1) Va scădea de 9 ori
2) Va crește de 9 ori
3) Va scădea de 3 ori
4) Va crește de 3 ori

8. Cum se va schimba perioada de oscilații electromagnetice naturale în circuit dacă cheia LA treci din poziția 1 în poziția 2?

1) Va scădea de 4 ori
2) Nu se va schimba
3) Va scădea de 2 ori
4) Va crește de 2 ori

9. Figura prezintă un grafic al curentului în funcție de timp într-un circuit oscilator în timpul oscilațiilor libere. Dacă capacitatea condensatorului este crescută de 4 ori, atunci perioada de oscilații naturale a circuitului va deveni egală

1) 2 µs
2) 4 µs
3) 8 µs
4) 16 µs

10. Figura prezintă un grafic al curentului în funcție de timp într-un circuit oscilator în timpul oscilațiilor libere. Dacă bobina din acest circuit este înlocuită cu o altă bobină, a cărei inductanță este de 4 ori mai mică, atunci perioada de oscilație a circuitului va fi egală cu

1) 1 µs
2) 2 µs
3) 4 µs
4) 8 µs

Răspunsuri la testul de fizică Circuit oscilant, care produce oscilații electromagnetice
1-3
2-1
3-1
4-2
5-1
6-4
7-3
8-2
9-3
10-2

Acord

Reguli de înregistrare a utilizatorilor pe site-ul „MARCA DE CALITATE”:

Este interzisă înregistrarea utilizatorilor cu porecle similare cu: 111111, 123456, ytsukenb, lox etc.;

Este interzisă reînregistrarea pe site (crearea de conturi duplicate);

Este interzisă utilizarea datelor altor persoane;

Este interzisă utilizarea adreselor de e-mail ale altor persoane;

Reguli de conduită pe site, forum și în comentarii:

1.2. Publicarea datelor personale ale altor utilizatori în profil.

1.3. Orice acțiuni distructive în legătură cu această resursă (scripturi distructive, ghicirea parolei, încălcarea sistemului de securitate etc.).

1.4. Folosind cuvinte și expresii obscene ca poreclă; expresii care încalcă legile Federației Ruse, standardele etice și morale; cuvinte și expresii asemănătoare poreclelor administrației și moderatorilor.

4. Încălcări ale categoriei a 2-a: Se pedepsește cu interzicerea completă a trimiterii oricărui tip de mesaje timp de până la 7 zile. 4.1 Publicarea informațiilor care intră sub incidența Codului penal al Federației Ruse, Codului administrativ al Federației Ruse și contravin Constituției Federației Ruse.

4.2. Propaganda sub orice forma de extremism, violenta, cruzime, fascism, nazism, terorism, rasism; incitarea la ură interetnică, interreligioasă și socială.

4.3. Discuție incorectă asupra lucrării și insulte la adresa autorilor textelor și notițelor publicate pe paginile „SEMNE DE CALITATE”.

4.4. Amenințări la adresa participanților la forum.

4.5. Postarea de informații în mod deliberat false, calomnie și alte informații care discreditează onoarea și demnitatea atât a utilizatorilor, cât și a altor persoane.

4.6. Pornografie în avatare, mesaje și citate, precum și link-uri către imagini și resurse pornografice.

4.7. Discuție deschisă asupra acțiunilor administrației și moderatorilor.

4.8. Discuție publică și evaluare a regulilor actuale sub orice formă.

5.1. Înjurăturile și blasfemia.

5.2. Provocări (atacuri personale, discreditare personală, formarea unei reacții emoționale negative) și hărțuirea participanților la discuții (folosirea sistematică a provocărilor în relație cu unul sau mai mulți participanți).

5.3. Provocarea utilizatorilor să intre în conflict între ei.

5.4. Nepoliticos și grosolănie față de interlocutori.

5.5. Obținerea personală și clarificarea relațiilor personale în firele de forum.

5.6. Inundații (mesaje identice sau fără sens).

5.7. Scrierea greșită intenționată a poreclelor sau a numelor altor utilizatori într-un mod ofensator.

5.8. Editarea mesajelor citate, denaturarea sensului acestora.

5.9. Publicarea corespondenței personale fără acordul expres al interlocutorului.

5.11. Trollingul distructiv este transformarea intenționată a unei discuții într-o încăierare.

6.1. Supracitarea (citarea excesivă) a mesajelor.

6.2. Utilizarea unui font roșu destinat corecțiilor și comentariilor de către moderatori.

6.3. Continuarea discuțiilor despre subiecte închise de un moderator sau administrator.

6.4. Crearea de subiecte care nu au conținut semantic sau sunt provocatoare în conținut.

6.5. Crearea titlului unui subiect sau mesaj în întregime sau parțial cu majuscule sau într-o limbă străină. Se face o excepție pentru titlurile subiectelor permanente și subiectele deschise de moderatori.

6.6. Creați o semnătură într-un font mai mare decât fontul de post și utilizați mai mult de o paletă de culori în semnătură.

7. Sancțiuni aplicate celor care încalcă Regulile Forumului

7.1. Interzicerea temporară sau permanentă a accesului la Forum.

7.4. Ștergerea unui cont.

7.5. blocare IP.

8. Note

8.1 Sancțiunile pot fi aplicate de către moderatori și administrație fără explicații.

8.2. Pot fi aduse modificări acestor reguli, care vor fi comunicate tuturor participanților la site.

8.3. Utilizatorilor li se interzice utilizarea clonelor în perioada în care porecla principală este blocată. În acest caz, clona este blocată pe termen nelimitat, iar porecla principală va primi o zi suplimentară.

8.4 Un mesaj care conține un limbaj obscen poate fi editat de un moderator sau administrator.

9. Administrare Administrația site-ului „SEMNE DE CALITATE” își rezervă dreptul de a șterge orice mesaje și subiecte fără explicații. Administrația site-ului își rezervă dreptul de a edita mesajele și profilul utilizatorului dacă informațiile din acestea încalcă doar parțial regulile forumului. Aceste puteri se aplică moderatorilor și administratorilor. Administrația își rezervă dreptul de a modifica sau completa aceste Reguli, dacă este necesar. Necunoașterea regulilor nu exonerează utilizatorul de responsabilitatea pentru încălcarea acestora. Administrația site-ului nu este în măsură să verifice toate informațiile publicate de utilizatori. Toate mesajele reflectă doar opinia autorului și nu pot fi folosite pentru a evalua opiniile tuturor participanților la forum în ansamblu. Mesajele angajaților și moderatorilor site-ului sunt o expresie a opiniilor lor personale și pot să nu coincidă cu opiniile editorilor și conducerii site-ului.

Data de: ___________ Semnătura: __________Clasa: clasa a 9-a Articol: fizicăProfesorul Cernobaev A.Yu.

Subiect: " OSCILAȚII ELECTROMAGNETICE”

Scopul lecției:
Sarcini: Educational: promovarea unei culturi a muncii fizice; atenție atunci când explică material nou. Educational: Dați conceptul de pendul matematic și cu arc,explorați conceptul de oscilații electromagnetice și studiați formula lui Thomson
Dezvoltare: promovează dezvoltarea activității mentale.
Cerințe pentru cunoștințe și abilități: Elevii ar trebui să știe: -ceea ce se numeste vibratie libera si fortata - ceea ce se numește circuit oscilator, definirea oscilațiilor electromagnetice Elevii trebuie să fie capabili: - calculați 1, T, t, k, și pe bază de formule pentru perioada de matematică. și pendule cu arc; - rezolva probleme calitative, explica fenomene pe baza a ceea ce s-a invatat; - aplicați formula lui Thomson la rezolvarea problemelor
Tip de lecție:lecție combinată
Software: manual, caiet de lucru, tablă, material de referință și material suplimentar sugerat de profesor.

Plan:

I Org. momentII Verificarea temelorIII Sondaj oral pe subiecte trecute: „Transformarea energiei în timpul mișcării oscilatorii” 1.Vibrații electromagnetice 2. Formula lui Thomson 3. Rezolvarea problemelorV ReflecțieVI RezumândVII Tema pentru acasă

În timpul orelor:

I Org. momentII Verificarea temelor:III Sondaj oral pe subiecte trecute: „mișcare oscilatoare”- În ce poziţie este cea mai mare energia cinetică a unui corp în mişcare oscilatorie? De ce? - În ce poziție este cea mai mare energia potențială a pendulului cu arc? De ce? - Care este energia totală a corpului oscilant în orice punct al traiectoriei? - Ce exemple de oscilații amortizate puteți da? IV Studierea materialelor noi:

OSCILAȚII ELECTROMAGNETICE

1. Descoperirea oscilațiilor electromagnetice a fost neașteptată. După ce au inventat cel mai simplu condensator și au învățat cum să-i transmită o sarcină mare folosind o mașină electrostatică, oamenii de știință au început să-i observe sarcina electrică. Ați aflat despre cel mai simplu condensator - un borcan Leyden - în clasa a VIII-a. Prin scurtcircuitarea căptușelilor unui borcan Leyden cu o bobină de sârmă, ei au descoperit că spițele de oțel din interiorul bobinei erau magnetizate. Nu era nimic ciudat în asta, deoarece curentul electric ar trebui să magnetizeze miezul de oțel al bobinei. Lucrul surprinzător a fost că era imposibil de prezis care capăt al miezului bobinei magnetizate va fi polul nord și care capăt va fi polul sud. Experimentele efectuate în aceleași condiții au dat rezultate diferite. Oamenii de știință nu și-au dat seama imediat că atunci când un condensator este descărcat printr-o bobină, apar oscilații. În timpul descărcării, condensatorul reușește să se reîncarce de mai multe ori, iar curentul electric își schimbă și direcția. Din această cauză, miezul poate fi magnetizat diferit, iar polii săi se schimbă alternativ. Deci, atunci când un condensator este descărcat, încărcarea, curentul, tensiunea, câmpurile electrice și magnetice se modifică periodic (sau aproape periodic). Modificările periodice ale acestor mărimi se numesc oscilații electromagnetice. Producerea oscilațiilor electromagnetice este aproape la fel de simplă ca a face un corp să vibreze prin agățarea acestuia de un arc. Dar observarea oscilațiilor electromagnetice nu mai este atât de ușoară. La urma urmei, nu vedem direct nici supradescărcarea condensatorului, nici curentul din bobină. În plus, oscilațiile apar de obicei cu o frecvență foarte mare. Cel mai potrivit dispozitiv pentru observarea și studierea oscilațiilor electromagnetice este un osciloscop electronic. Oscilațiile electromagnetice apar într-un circuit electric format dintr-un banc de condensatori și un inductor (Fig. 89, 6). Un circuit format dintr-un condensator și o bobină conectate în serie și care permite producerea de oscilații electromagnetice se numește circuit oscilator. O astfel de instalație constă dintr-o sursă de curent (1), o bancă de condensatoare (2), un inductor (3), un osciloscop electronic (4) și un comutator (5). Capacitatea bateriei (C) poate fi schimbată prin mișcarea mânerului și pornirea diferiților condensatori. De asemenea, puteți modifica inductanța (b) a bobinei, inclusiv un număr mai mare sau mai mic de spire ale înfășurării sau prin introducerea unui miez de oțel în bobină. O diagramă schematică a unei astfel de instalații este prezentată în Fig. 89, a. Când comutatorul este rotit spre stânga (Fig. 89, a, poziția b), condensatorul este conectat la o sursă de curent și o sarcină electrică începe să se acumuleze pe plăcile sale, adică. condensatorul începe să se încarce. Și dacă mutați mânerul spre dreapta (poziția 7), atunci sursa de curent este oprită, iar înfășurarea bobinei este conectată la bornele condensatorului. În acest caz, condensatorul începe să se descarce prin bobină și un curent electric trece prin înfășurare.

Astfel de procese care se schimbă alternativ în circuitul oscilator pot fi văzute pe ecranul unui osciloscop. În condiții ideale, când rezistența electrică este egală sau apropiată de zero, pe ecran pot fi observate oscilații electromagnetice libere (Fig. 89, . Iar în cazul în care rezistența electrică a circuitului este mare, o oscilogramă a unui atenuat pe ecranul osciloscopului apare oscilația (Fig. 90) Pe măsură ce capacitatea electrică a condensatorului din instalație crește, oscilograma se întinde pe direcția orizontală În consecință, cu creșterea capacității circuitului oscilant, perioada oscilației electromagnetice. crește (frecvența scade în consecință, când scade capacitatea, scade și perioada de oscilație, iar frecvența crește în mod natural, se obține același rezultat prin modificarea inductanței bobinei din circuit. Cunoașteți mărimile fizice - inductanța și capacitatea. - de la cursul de fizică de clasa a VIII-a Când inductanța crește, perioada de oscilație crește și, invers, când inductanța scade, acest rezultat este similar cu schimbarea perioadei de oscilație a unui pendul masa sarcinii și rigiditatea arcului. Astfel, perioada de oscilație electromagnetică liberă în circuitul oscilator este calculată prin inductanța circuitului (L) și capacitatea (C) după formula:

Această expresie este în onoarea lui numită formula lui Thomson. Pentru a obține perioada (T) în secunde (s), inductanța (L) trebuie exprimată în henry (H) și capacitatea (C) în faradi (F). Fenomenele dintr-un circuit oscilator sunt similare cu cele dintr-un pendul cu arc. Într-adevăr, pentru ca oscilațiile să apară într-un pendul cu arc, arcul trebuie să fie deformat (comprimat), conferindu-i energie potențială (Fig. 91, a). În mod similar, pentru a avea loc oscilații în circuitul oscilator, condensatorul trebuie să fie încărcat și astfel să concentreze energia câmpului electric în el (Fig. 91, 6).

După un sfert din perioadă, deformația arcului dispare, iar sarcina trece de poziția de echilibru cu viteza maximă. În acest caz, energia potențială a arcului este convertită în energia cinetică a sarcinii (Fig. 91, c). În același mod, după un sfert din perioadă, condensatorul este descărcat, iar un curent electric de putere maximă trece prin înfășurarea bobinei. Energia câmpului electric al condensatorului s-a transformat în energia câmpului magnetic al bobinei (Fig. 91, e). În continuare, sarcina, continuându-și mișcarea, întinde arcul, iar la sfârșitul semiperioadei, energia cinetică a sarcinii se transformă din nou în energia potențială a arcului (Fig. 91, e). În mod similar, sarcinile electrice, datorită energiei câmpului magnetic, încep să se acumuleze pe plăcile condensatorului, iar la sfârșitul semiciclului, energia câmpului magnetic al bobinei este convertită în energia câmpul electric al condensatorului (Fig. 91, e). Acest proces se repetă din nou, iar la sfârșitul perioadei sistemul revine la starea inițială (Fig. 91, g, h, i, j). Astfel, putem concluziona: într-un circuit format dintr-un condensator și un inductor, atunci când condensatorul este din nou descărcat, apar oscilații electromagnetice. Rezolvarea problemelor: Numarul 3. Pentru a demonstra oscilațiile electromagnetice lente, un circuit oscilator este asamblat cu un condensator cu o capacitate de 2,5 μF. Care ar trebui să fie inductanța bobinei cu o perioadă de oscilație de 0,2 s?

Dat:

№2. Care ar trebui să fie lungimea unui pendul matematic pentru ca perioada sa de oscilație să fie egală cu 1 s? №4. Cu ce perioadă va oscila pe suprafața Lunii un pendul matematic de 1 m lungime? Accelerația gravitației pe Lună este de 1,62 m/s 2 . Exercițiul 23: №2. Cum se va schimba perioada de oscilație a unui pendul dacă este mutat de pe Pământ pe Lună? Masa Lunii este de 81 de ori mai mică decât masa Pământului, iar raza Pământului este de 3,7 ori mai mică decât raza Lunii. №3. Un corp care cântărește 200 g suspendat pe un arc cu o rigiditate de 16 N/m oscilează cu o amplitudine de 2 cm în plan orizontal. Determinați frecvența ciclică de vibrație a corpului și energia sistemului. Exercițiul 24: №1. Circuitul oscilator este format dintr-un condensator cu o capacitate de 250 pF și o bobină cu o inductanță de 10 mH. Determinați perioada și frecvența oscilațiilor libere. Nu. 2. Este necesar să se monteze un circuit oscilant cu o frecvență de 3 MHz folosind o bobină cu o inductanță de 1,3 mH. Care ar trebui să fie capacitatea condensatorului?

V Reflecție- Ce este un pendul matematic? - Ce determină perioada de oscilație a unui pendul matematic? - Ce determină perioada de oscilație a unui corp sub influența forței elastice? - Cum găsiți zăcăminte minerale folosind pendulele instrumentale? - Ce vibrații se numesc libere? - De ce se estompează vibrațiile? - Cum afectează forța de frecare amplitudinea oscilațiilor? - De ce nu pot fi numite oscilații amortizate armonice? - Ce determină frecvența naturală a unui sistem oscilator? - Ce sunt oscilațiile forțate? - La ce frecvență au loc oscilațiile forțate? - Cum depinde amplitudinea oscilațiilor forțate de frecvență? - Ce fenomen se numește rezonanță? - Ce exemple de utilizare a rezonanței puteți da? - Ce este un circuit oscilator? Desenează-i diagrama. - Ce trebuie făcut pentru ca oscilații libere să apară în circuitul oscilator? - De ce se diminuează oscilațiile electromagnetice libere? - Cum afectează modificarea capacității unui condensator perioada de oscilație liberă în circuit? - Cum afectează o modificare a inductanței bobinei perioada de oscilație liberă în circuit? - Ce formulă exprimă perioada de oscilații libere într-un circuit oscilator? În ce unități se măsoară cantitățile incluse în acesta? VI RezumândVII Tema pentru acasă: § 54-55 Exercițiul 45 Nr. 2.5 Exercițiul 46 Exercițiul 22:

Difuzarea radio (adică transmisia de informații sonore pe distanțe lungi) se realizează folosind unde electromagnetice emise de antena unui dispozitiv de transmisie radio. Să ne amintim că sursa undelor electromagnetice sunt particulele încărcate în mișcare accelerate. Aceasta înseamnă că pentru ca antena să radieze unde electromagnetice, este necesară excitarea vibrațiilor electronilor liberi din ea. Astfel de oscilații se numesc electromagnetice (deoarece generează un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu sub formă de unde electromagnetice).

Pentru a crea o undă electromagnetică puternică care ar putea fi înregistrată de instrumente aflate la distanțe mari de antena care o emite, este necesar ca frecvența undei să fie de cel puțin 0,1 MHz (10 5 Hz) 1. Oscilațiile de astfel de frecvențe înalte nu pot fi obținute de la un generator de curent electric alternativ. Prin urmare, acestea sunt furnizate antenei de la un generator de oscilații electromagnetice de înaltă frecvență găsit în fiecare dispozitiv de transmisie radio.

Una dintre părțile principale ale generatorului este un circuit oscilant - un sistem oscilator în care pot exista oscilații electromagnetice libere. Circuitul oscilant este format dintr-un condensator (sau o bancă de condensatoare) și o bobină de sârmă.

Puteți obține oscilații electromagnetice libere și puteți verifica existența lor folosind instalația prezentată în Figura 137.

Orez. 137. Instalatie pentru obtinerea de oscilatii electromagnetice libere

Bobina 4 cu miezul 5 (Fig. 137, a) este alcătuită din două înfășurări: primar 4 1 (de 3600 de spire) și secundar 4 2 (situat deasupra primarului în partea mijlocie și având 40 de spire).

Înfășurarea primară a bobinei și banca de condensatoare 2, conectate între ele printr-un comutator 3, formează un circuit oscilator. Înfășurarea secundară este conectată la galvanometrul 6, care va înregistra apariția oscilațiilor în circuit.

Să punem comutatorul în poziția 3 1 (Fig. 137, b), conectând bateria condensatoarelor la o sursă de curent continuu 1. Bateria va fi încărcată de la sursă. Să mutam comutatorul în poziția 3 2, conectând bateria la bobină. În acest caz, acul galvanometrului va face mai multe oscilații amortizate, deviând de la diviziunea zero într-o direcție sau alta și se va opri la zero.

Pentru a explica fenomenul observat, să ne întoarcem la Figura 138. Să presupunem că la încărcarea de la o sursă de curent (comutator în poziția 3 1), condensatorul a primit o anumită sarcină maximă q m. Să presupunem că placa sa superioară este încărcată pozitiv, iar partea inferioară - negativ (Fig. 138, a). Între plăci au apărut o tensiune Um și un câmp electric cu energie E el m.

Orez. 138. Explicația apariției și existenței oscilațiilor electromagnetice într-un circuit oscilator

Când există un scurtcircuit la bobină (întrerupătorul este în poziția 3 2) în momentul în care luăm drept început al numărării timpului, condensatorul începe să se descarce și apare un curent electric în circuit. Puterea curentului crește treptat, deoarece curentul de auto-inducție generat în bobină este direcționat opus curentului creat de condensatorul de descărcare.

După o anumită perioadă de timp t 1 de la începutul descărcării, condensatorul va fi complet descărcat - sarcina lui, tensiunea dintre plăci și energia câmpului electric va fi egală cu zero (Fig. 138, b). Dar, conform legii conservării energiei, energia câmpului electric nu a dispărut - s-a transformat în energia câmpului magnetic al curentului bobinei, care în acest moment atinge valoarea maximă E mag m. Cea mai mare valoare a energiei corespunde, de asemenea, cu cea mai mare putere a curentului I m.

Pe măsură ce condensatorul este descărcat, curentul din circuit începe să scadă. Dar acum curentul de auto-inducție este direcționat în aceeași direcție cu curentul condensatorului descărcat și împiedică scăderea acestuia. Datorită curentului de autoinducție, în momentul 2t 1 de la începutul descărcării, condensatorul va fi reîncărcat: sarcina lui va fi din nou egală cu q m, dar acum placa superioară va fi încărcată negativ, iar placa inferioară. va fi încărcat pozitiv (Fig. 138, c).

Este clar că după o perioadă de timp egală cu 3t 1, condensatorul va fi din nou descărcat (Fig. 138, d), iar după 4t l va fi încărcat în același mod ca în momentul în care a început descărcarea (Fig. 138, e).

Într-o perioadă de timp egală cu 4t 1, a avut loc o oscilație completă. Aceasta înseamnă T = 4t 1, unde T este perioada de oscilație (a t 1, 2 t1, 3t 1 - un sfert, jumătate și, respectiv, trei sferturi de perioadă).

Când puterea curentului și direcția acestuia în bobina 4 1 se schimbă periodic, fluxul magnetic creat de acest curent și care pătrunde în bobina 4 2 se modifică în mod corespunzător. În același timp, apare în el un curent de inducție alternativ, care este înregistrat de un galvanometru. Pe baza faptului că acul galvanometrului a făcut mai multe oscilații amortizate și s-a oprit la zero, putem concluziona că și oscilațiile electromagnetice au fost amortizate. Energia primită de circuit de la sursa de curent a fost cheltuită treptat pentru încălzirea părților conductoare ale circuitului. Când sursa de energie s-a epuizat, vibrațiile s-au oprit.

Să reamintim că oscilațiile care apar numai datorită aprovizionării inițiale cu energie se numesc libere. Perioada oscilațiilor libere este egală cu perioada naturală a sistemului oscilator, în acest caz perioada circuitului oscilator. Formula pentru determinarea perioadei oscilațiilor electromagnetice libere a fost obținută de fizicianul englez William Thomson în 1853. Se numește formula lui Thomson și arată astfel:

Din această formulă rezultă că perioada circuitului oscilator este determinată de parametrii elementelor sale constitutive: inductanța bobinei și capacitatea condensatorului. De exemplu, atunci când capacitatea sau inductanța este redusă, perioada de oscilație ar trebui să scadă și frecvența lor ar trebui să crească. Să verificăm acest lucru experimental. Să reducem capacitatea bateriei deconectând mai mulți condensatori de la ea. Vom vedea că oscilațiile acului galvanometrului au devenit mai dese.

La începutul paragrafului, sa remarcat că oscilațiile de înaltă frecvență furnizate antenei sunt necesare pentru a crea unde electromagnetice. Dar pentru ca o undă să fie emisă pentru o perioadă lungă de timp, sunt necesare oscilații continue. Pentru a crea oscilații continue în circuit, este necesară completarea pierderilor de energie prin conectarea periodică a condensatorului la o sursă de curent. Acest lucru se face automat în generator.

Întrebări

De ce sunt introduse undele electromagnetice în antenă?
De ce sunt folosite undele electromagnetice de înaltă frecvență în emisiunile radio?
Ce este un circuit oscilator?
Spuneți-ne despre scopul, progresul și rezultatul observat al experimentului prezentat în Figura 137. Cum ar putea galvanometrul să înregistreze oscilațiile care au loc în acest circuit?
Ce transformări energetice au loc ca urmare a oscilațiilor electromagnetice?
De ce curentul din bobină nu se oprește atunci când condensatorul este descărcat?
De ce depinde perioada intrinsecă a unui circuit oscilator? Cum poate fi schimbat?

Exercițiul 42

Circuitul oscilant este format dintr-un condensator variabil și o bobină. Cum să obțineți oscilații electromagnetice în acest circuit, ale căror perioade ar diferi cu un factor de 2?

1 Domeniul de propagare al unei unde depinde de puterea sa P, iar puterea depinde de frecvența v: P - v 4. Din această dependență rezultă că o scădere a frecvenței unei unde, de exemplu, de numai 2 ori va duce la o scădere a puterii sale de 16 ori și o scădere corespunzătoare a domeniului de propagare.

Inapoi inainte

Atenţie! Previzualizările diapozitivelor au doar scop informativ și este posibil să nu reprezinte toate caracteristicile prezentării. Dacă sunteți interesat de această lucrare, vă rugăm să descărcați versiunea completă.

Obiectivele lecției:

educational: introduceți conceptele: „oscilații electromagnetice”, „circuit oscilator”; arătați universalitatea legilor de bază ale proceselor oscilatorii pentru oscilații de orice natură fizică; arătați că oscilațiile într-un circuit ideal sunt armonice; dezvăluie semnificația fizică a caracteristicilor vibrațiilor;
în curs de dezvoltare: dezvoltarea intereselor cognitive, a abilităților intelectuale și creative în procesul de dobândire a cunoștințelor și abilităților în fizică folosind diverse surse de informații, inclusiv tehnologiile informaționale moderne; dezvoltarea abilităților de a evalua fiabilitatea informațiilor din științe naturale;
educational: stimularea încrederii în posibilitatea cunoașterii legilor naturii; utilizarea realizărilor fizicii în beneficiul dezvoltării civilizației umane; nevoia de cooperare în procesul de îndeplinire în comun a sarcinilor, pregătirea pentru o evaluare morală și etică a utilizării realizărilor științifice și simțul responsabilității pentru protejarea mediului.

În timpul orelor

I. Moment organizatoric.

În lecția de astăzi începem să studiem un nou capitol al manualului și tema lecției de astăzi este „Oscilațiile electromagnetice. Circuit oscilator.”

II. Verificarea temelor.

Să începem lecția verificându-ți temele.

Slide 2. Test de revizuire a materialului și cursul de clasa a X-a.

Vi s-a cerut să răspundeți la întrebări despre diagrama prezentată în figură.

1. În ce poziție a tastei SA2 va clipi lampa de neon când cheia SA1 este deschisă?

2. De ce lampa de neon nu clipește când cheia SA1 este închisă, indiferent de poziția în care se află comutatorul SA2?

Testul se efectuează pe computer. Unul dintre elevi, între timp, asamblează o diagramă.

Răspuns. Lampa de neon clipește în a doua poziție a comutatorului SA2: după deschiderea comutatorului SA1, din cauza fenomenului de autoinducție, în bobină circulă un curent care scade la zero, un câmp magnetic alternativ este excitat în jurul bobinei, generând un vortex. câmp electric, care menține pentru scurt timp mișcarea electronilor în bobină. Un curent de scurtă durată va curge de-a lungul părții superioare a circuitului prin a doua diodă (este conectată în direcția de trecere). Ca urmare a autoinducției în bobină, atunci când circuitul este deschis, la capete va apărea o diferență de potențial (emf auto-inducție), suficientă pentru a menține o descărcare de gaz în lampă.

Când cheia SA1 este închisă (cheia SA2 este în poziția 1), tensiunea sursei de curent continuu nu este suficientă pentru a menține descărcarea de gaz în lampă, deci nu se aprinde.

Să verificăm dacă presupunerile tale sunt corecte. Schema propusă este asamblată. Să vedem ce se întâmplă cu o lampă de neon când comutatorul SA1 este închis și deschis în diferite poziții ale comutatorului SA2.

(Testul este compilat în programul MyTest. Scorul este atribuit de program).

Fișier pentru lansarea programului MyTest (situat în folderul cu prezentarea)

Test. (Rulați programul MyTest, deschideți fișierul „Test”, apăsați tasta F5 pentru a începe testul)

III. Învățarea de materiale noi.

Slide 3. Enunțarea problemei: Să ne amintim ce știm despre vibrațiile mecanice? (Conceptul de oscilații libere și forțate, auto-oscilații, rezonanță etc.) Oscilațiile libere pot apărea în circuitele electrice, precum și în sistemele mecanice, cum ar fi o sarcină pe un arc sau pe un pendul. În lecția de astăzi începem să studiem astfel de sisteme. Tema lecției de astăzi: „Oscilații electromagnetice. Circuit oscilator.”

Obiectivele lecției

Să introducem conceptele: „oscilații electromagnetice”, „circuit oscilator”;
vom arăta universalitatea legilor de bază ale proceselor oscilatorii pentru oscilații de orice natură fizică;
vom arăta că oscilațiile într-un circuit ideal sunt armonice;
Să dezvăluim semnificația fizică a caracteristicilor vibrațiilor.

Să ne amintim mai întâi ce proprietăți trebuie să aibă un sistem pentru ca în el să apară oscilații libere.

(În sistemul oscilator, ar trebui să apară o forță de restabilire și energia ar trebui convertită de la un tip la altul; frecarea în sistem ar trebui să fie destul de mică.)

În circuitele electrice, precum și în sistemele mecanice, cum ar fi o sarcină pe un arc sau un pendul, pot apărea vibrații libere.

Ce oscilații se numesc oscilații libere (oscilații care apar într-un sistem după ce acesta este scos dintr-o poziție de echilibru) Ce oscilații se numesc oscilații forțate? (oscilații care apar sub influența EMF externă care se schimbă periodic)

Modificările periodice sau aproape periodice ale sarcinii, curentului și tensiunii se numesc oscilații electromagnetice.

Slide 4. După ce au inventat borcanul Leyden și au învățat cum să-i transmită o sarcină mare folosind o mașină electrostatică, au început să studieze descărcarea electrică a borcanelor. Prin închiderea căptușelilor unui borcan Leyden folosind o bobină de sârmă, ei au descoperit că spițele de oțel din interiorul bobinei erau magnetizate, dar era imposibil de prezis care capăt al miezului bobinei va fi polul nord și care capăt va fi polul sud. . Un rol semnificativ în teoria oscilațiilor electromagnetice l-a jucat omul de știință german HELMHOLTZ din secolul al XIX-lea, Hermann Ludwig Ferdinand. El este numit primul doctor între oameni de știință și primul om de știință dintre medici. A studiat fizica, matematica, fiziologia, anatomia si psihologia, obtinand recunoastere la nivel mondial in fiecare dintre aceste domenii. Atrăgând atenția asupra naturii oscilatorii a descărcării borcanului Leyden, în 1869 Helmholtz a arătat că oscilații similare apar într-o bobină de inducție conectată la un condensator (adică, în esență, a creat un circuit oscilator format din inductanță și capacitate). Aceste experimente au jucat un rol major în dezvoltarea teoriei electromagnetismului.

Slide 4. De obicei, vibrațiile electromagnetice apar la o frecvență foarte mare, depășind semnificativ frecvența vibrațiilor mecanice. Prin urmare, un osciloscop electronic este foarte convenabil pentru observarea și studierea lor. (Demonstrația dispozitivului. Principiul funcționării acestuia în animație.)

Slide 4.În prezent, osciloscoapele electronice au fost înlocuite cu cele digitale. El ne va spune despre principiile funcționării lor...

Slide 5. Animație „Osciloscop”

Slide 6. Dar să revenim la oscilațiile electromagnetice. Cel mai simplu sistem electric capabil de oscilații libere este un circuit RLC în serie. Un circuit oscilator este un circuit electric format dintr-un condensator conectat în serie cu capacitate electrică C, o bobină cu inductanță L și rezistență electrică R. Îl vom numi circuit RLC în serie.

Experiment fizic. Avem un circuit, a cărui diagramă este prezentată în Figura 1. Să conectăm un galvanometru la bobină. Să observăm comportamentul acului galvanometrului după mutarea comutatorului din poziția 1 în poziția 2. Observați că acul începe să oscileze, dar aceste oscilații se sting în curând. Toate circuitele reale conțin rezistența electrică R. În timpul fiecărei perioade de oscilație, o parte din energia electromagnetică stocată în circuit este convertită în căldură Joule, iar oscilațiile devin amortizate. Se consideră un grafic al oscilațiilor amortizate.

Cum apar oscilațiile libere într-un circuit oscilator?

Să luăm în considerare cazul când rezistența R=0 (modelul unui circuit oscilator ideal). Ce procese au loc în circuitul oscilator?

Slide 7. Animație „Circuit oscilant”.

Slide 8. Să trecem la teoria cantitativă a proceselor într-un circuit oscilator.

Luați în considerare un circuit RLC secvenţial. Când comutatorul K este în poziția 1, condensatorul este încărcat la tensiune. După trecerea cheii în poziția 2, procesul de descărcare a condensatorului începe prin rezistorul R și inductorul L. În anumite condiții, acest proces poate avea un caracter oscilator.

Legea lui Ohm pentru un circuit RLC închis care nu conține o sursă de curent externă este scrisă ca

unde este tensiunea condensatorului, q este sarcina condensatorului, – curent în circuit. În partea dreaptă a acestei relații se află fem-ul de auto-inducție a bobinei. Dacă alegem sarcina condensatorului q(t) ca variabilă, atunci ecuația care descrie oscilațiile libere în circuitul RLC poate fi redusă la următoarea formă:

Să luăm în considerare cazul în care nu există pierderi de energie electromagnetică în circuit (R = 0). Să introducem notația: . Apoi

(*)

Ecuația (*) este ecuația de bază care descrie oscilațiile libere într-un circuit LC (circuit oscilator ideal) în absența amortizarii. În aparență, coincide exact cu ecuația oscilațiilor libere ale unei sarcini pe un arc sau filet în absența forțelor de frecare.

Am notat această ecuație când am studiat subiectul „Vibrații mecanice”.

În absența amortizării, oscilațiile libere într-un circuit electric sunt armonice, adică se produc conform legii

q(t) = q m cos( 0 t + 0).

De ce? (Deoarece aceasta este singura funcție, a cărei derivată a doua este egală cu funcția în sine. În plus, cos0 = 1, ceea ce înseamnă q(0) = q m)

Amplitudinea oscilațiilor de sarcină q m și faza inițială 0 sunt determinate de condițiile inițiale, adică de modul în care sistemul a fost scos din echilibru. În special, pentru procesul de oscilație care va începe în circuitul prezentat în figura 1, după comutarea cheii K în poziția 2, q m = C, 0 = 0.

Atunci ecuația oscilațiilor armonice ale sarcinii pentru circuitul nostru va lua forma

q(t) = q m cos 0 t .

Curentul realizează și oscilații armonice:

Slide 9. Unde este amplitudinea fluctuațiilor curentului. Oscilațiile curente sunt înaintea oscilațiilor de sarcină în fază.

Cu oscilații libere, are loc o conversie periodică a energiei electrice W e stocată în condensator în energia magnetică W m a bobinei și invers. Dacă nu există pierderi de energie în circuitul oscilator, atunci energia electromagnetică totală a sistemului rămâne neschimbată:

Slide 9. Parametrii L și C ai circuitului oscilator determină doar frecvența naturală a oscilațiilor libere

Având în vedere asta, obținem.

Slide 9. Formulă numit formula lui Thomson, fizicianul englez William Thomson (Lord Kelvin), care a derivat-o în 1853.

În mod evident, perioada oscilațiilor electromagnetice depinde de inductanța bobinei L și de capacitatea condensatorului C. Avem o bobină, a cărei inductanță poate fi mărită folosind un miez de fier și un condensator variabil. Să ne amintim mai întâi cum puteți schimba capacitatea unui astfel de condensator. Permiteți-mi să vă reamintesc că acesta este materialul de curs de clasa a 10-a.

Un condensator variabil este format din două seturi de plăci metalice. Când mânerul este rotit, plăcile unui set se potrivesc în spațiile dintre plăcile celuilalt set. În acest caz, capacitatea condensatorului se modifică proporțional cu modificarea zonei părții suprapuse a plăcilor. Dacă plăcile sunt conectate în paralel, atunci prin creșterea ariei plăcilor, vom crește capacitatea fiecărui condensator, ceea ce înseamnă că capacitatea întregului banc de condensatori va crește. Atunci când condensatorii sunt conectați în serie într-o baterie, o creștere a capacității fiecărui condensator implică o scădere a capacității băncii de condensatoare.

Să vedem cum perioada oscilațiilor electromagnetice depinde de capacitatea condensatorului C și de inductanța bobinei L.

Slide 9. Animație „Dependența perioadei oscilațiilor electromagnetice de L și C”

Slide 10. Să comparăm acum oscilațiile electrice și oscilațiile unei sarcini pe un arc. Deschideți pagina 85 a manualului, Figura 4.5.

Figura prezintă grafice ale modificărilor în sarcină q (t) a condensatorului și deplasarea x (t) a sarcinii din poziția de echilibru, precum și grafice ale curentului I (t) și ale vitezei de sarcină. v(t) pentru o perioadă T de oscilații.

Pe birourile tale există un tabel pe care l-am completat când am studiat subiectul „Vibrații mecanice”. Anexa 2.

Ați completat un rând din acest tabel. Folosind Figura 2, paragraful 29 din manual și Figura 4.5 de la pagina 85 din manual, completați rândurile rămase ale tabelului.

Cum sunt similare procesele vibrațiilor electrice și mecanice libere? Să urmărim următoarea animație.

Slide 11. Animație „Analogie între vibrațiile electrice și mecanice”

Comparațiile obținute între oscilațiile libere ale unei sarcini pe un arc și procesele într-un circuit electric oscilator ne permit să tragem o concluzie despre analogia dintre mărimile electrice și mecanice.

Slide 12. Aceste analogii sunt prezentate în tabel. Anexa 3.

Același tabel este disponibil pe birourile dvs. și în manualul dvs. de la pagina 86.

Deci, am luat în considerare partea teoretică. Ți-a fost totul clar? Poate cineva are întrebări?

Acum să trecem la rezolvarea problemelor.

IV. Minut de educație fizică.

V. Consolidarea materialului studiat.

Rezolvarea problemelor:

probleme 1, 2, probleme din partea A nr. 1, 6, 8 (oral);
problemele nr. 957 (răspuns 5,1 μH), nr. 958 (răspunsul va scădea de 1,25 ori) (la tablă);
sarcina partea B (oral);
sarcina nr. 1 din partea C (la bord).

Problemele sunt preluate din colecția de probleme pentru clasele 10-11 de către A.P. Rymkevich și apendicele 10. Anexa 4.

VI. Reflecţie.

Elevii completează un card reflectorizant.

VII. Rezumând lecția.

Au fost atinse obiectivele lecției? Rezumând lecția. Evaluarea elevilor.

VIII. Temă pentru acasă.

Paragrafele 27 – 30, Nr. 959, 960, sarcini rămase din Anexa 10.

Literatură:

Curs de fizică multimedia „Open Physics” versiunea 2.6 editat de profesorul MIPT S.M. Capră.
Cartea cu probleme pentru clasele 10-11. A.P. Rymkevich, Moscova „Iluminismul”, 2012.
Fizică. Manual pentru clasa a XI-a a instituțiilor de învățământ general. G.Ya.Myakishev, B.B. Buhovtsev, V.M. Charugin. Moscova „Iluminismul”, 2011.
Supliment electronic la manual de G.Ya.Myakishev, B.B. Buhovtseva, V.M. Charugina. Moscova „Iluminismul”, 2011.
Inductie electromagnetica. Sarcini calitative (logice). clasa a XI-a, profil fizica si matematica. CM. Novikov. Moscova „Chistye Prudy”, 2007. Biblioteca „Primul septembrie”. Seria „Fizica”. Numărul 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S. Dacă nu este posibil să punem la dispoziție fiecărui elev un computer, atunci testul poate fi administrat în scris.