Тема: Электромагнитные колебания и волны.
Цели урока :
- образовательная: формирование понимания природы электромагнитных волн, принципа действия колебательного контура в опыте Герца, формирование знаний об использовании колебательного контура в технике;
- развивающая: формировать умения объяснять происхождение свободных электромагнитных колебаний и волн, формировать навыки решения задач оптимальным способом, уметь обобщать и систематизировать материал;
- воспитательная: формировать интерес к изучаемому материалу.
тип урока: формирование новых знаний
форма урока: лекция
оборудование: электронный учебник, схема колебательного контура
Ход урока
I. Организационный момент
Приветствие, работа с журналом, выявление готовности учеников к уроку, постановка цели урока, психологический настрой учащихся.
II. Повторение пройденного материала ( механические , звуковые, электромагнитные волны за курс 9 класса; основные понятия – уравнение механических колебаний,амплитуда, период, частота, фаза колебаний, понятие и закон электромагнитной индукции за10 класс ) .
1. Написать уравнение гармонических колебаний?
2. Почему данные уравнения называются гармоническими?
3.Приведите примеры использования периодического движения человеком.
4. Как работает закон сохранения энергии при колебательном движении маятника (математического, пружинного)?
5. Что называют волной?
6. Какие волны называются механическими? Звуковыми?
7. Назовите основное свойство волнового процесса?
8. Назовите основные характеристики волны? ( скорость волны, длина волны, частота, фаза)
9.Какие волны называются электромагнитными?
10.Какое явление называют электромагнитной индукцией?
III. Формирование новых знаний. План изложения нового материала.
Изучение данной темы, имеющей важнейшее научное, мировоззренческое и политехническое значение, основано прежде всего на понимании закона электромагнитной индукции, установленного Фарадеем. Явлений в колебательном контуре и идей Максвелла о токах смещения. Важно понимать, что переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле.
1. Электромагнитные волны (показ анимации о получении электромагнитных волн )
Уравнения Максвелла отражают взаимосвязь и неразрывное единство электрического и магнитного полей, утверждают существование единого магнитного поля. Допустим, что в некоторый момент мы замыкаем ключ К. Тогда на участке АОВ возникает переменный ток, обусловленный колебательным движением электронов. Рассмотрим четверть периода, в течении которого ток и вместе с ним вихревое магнитное поле возрастают от нуля до некоторого максимального значения. Направление линий магнитной индукции В этого поля определяется по правилу буравчика. Рассмотрим далее какую – либо область пространства, например левее точки О, которая пронизывается линиями магнитной индукции В переменного магнитного поля, направленными в данном случае за плоскость чертежа. По правилу Ленца или по правилу левого винта нетрудно определить, что направление линий напряженности электического поля Е будет соответствовать движению против часовой стрелки. Изменение электрического поля Е создаст магнитное вихревое поле, которое назовем условно полем В’, это поле в свою очередь создаст электрическое поле Е’’ и т.д. При перезарядке конденсатора в следующую четверть периода электроны будут продолжать двигаться с ускорением (замедлением). В пространстве около проводника вихревое магнитное поле начнет уменьшаться, изменение ΔФ = Ф2-Ф1 будет иметь противоположный знак, изменится на противоположное и направление вихревого магнитного поля. Но в целом процесс будет аналогичен описанному для первой четверти колебаний. При непрерывном колебании электронов в контуре в пространстве будет распространяться электромагниная волна.
2. Колебательный контур (анимация на опыт Герца). Запись уравнений электромагнитных колебаний силы тока, заряда, напряжения. Впервые электромагнитные волны были получены Г.Герцем (1857-1894) в его классических опытах, выполненных в 1888 – 1889 гг. По словам самого Герца, «целью этих опытов была проверка основных гипотез теоии Фарадея – Максвелла., а результат опытов есть подтверждение основных гипотез этой теории». Для возбуждения электромагнитных волн Герц использовал искровой генератор. Электромагнитные колебания на некотором расстоянии от вибратора он обнаруживал с помощью резонатора, наблюдая через лупу едва заметные искорки в его искровом промежутке. Поясняя существо опытов Герца, следует прежде всего помочь учащимся увидеть в вибраторе Герца знакомый им колебательный контур. Для этого целесообразно выполнить серию рисунков, показывающих преобразованием колебательного контура с разделенными индуктивностью L и емкостью С.
q=qmcosωt [pic]
I=Imsinωt
U=Umcosωt
3. + = const (сохранение энергии).
= ; = = . .
4. Формирование умений: 1) Что представляет собой открытый колебательный контур Герца? 2) Дайте определение электромагнитным колебаниям и волнам? 3) Каким образом в колебательном контуре Герца возникают электромагнитные волны?
Решение задач. 33.1. можно ли измерять чувствительным электрометром напряжение в цели переменного тока?
Можно.
Решение. В случае переменного тока в течение обоих полупериодов силы взаимодействия между листочками электроскопа и корпусом будут направлены в одну сторону, а потому среднее за период значение силы будет отлично от нуля и листочки разойдутся.
33.2. Конденсатор емкостью заряжен до напряжения , а конденсатор емкостью не заряжен. Каким будет максимальное значение силы тока в катушке индуктивностью L после замыкания ключа? Конденсаторы и катушку считайте идеальными.
=
Решение. После замыкания ключа в цепи возникают свободные электромагнитные колебания. Сила тока максимальна при прохождении системой «положения равновесия», т.е. когда на конденсаторах одинаковое напряжение U. Согласно закону сохранения заряда (+ )U = , а согласно закону сохранения энергии + = . Отсюда = .
33.3. На рисунках приведены графики изменений напряжения на конденсаторе колебательного контура и силы тока в катушке этого контура. Найдите емкость конденсатора и индуктивность катушки контура.
[pic] [pic]
13000 пФ; 7,6 мкГн.
Решение. Из приведенных в условии графиков видно, что период колебаний Т = 2 мкс, амплитудные значения напряжения и силы тока = 12 B, = 0,5 A. согласно закону сохранения энергии = . Используя также формулу Томсона T = 2π, получим окончательно : C = , L = .
5. Рефлексия
6. Домашнее задание:гл.1 п.1, задачи стр.7-8
7. Подведение итогов урока.
