Тема «Автоколебания. Вынужденные колебания»
Цели:
Рассмотреть незатухающие колебания.
Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности.
Воспитать интерес к физике.
Проверка домашнего задания.
Ход урока:
I. Организационный момент
II. Повторение пройденного материала
Вопросы для повторения:
Что такое колебательный контур?
Чему равна полная энергия колебательного контура?
Опишите процессы, происходящие в контуре при свободных электромагнитных колебаниях.
Каковы причины свободных электромагнитных колебаний в контуре?
Самостоятельная работа
1 вариант
За счет чего поддерживается ток в колебательном контуре, когда появляющаяся на конденсаторе разность потенциалов препятствует его протеканию?
A. За счет увеличения энергии магнитного поля катушки.
Б. За счет увеличения заряда на конденсаторе.
B. За счет уменьшения энергии магнитного поля катушки.
Как изменится частота электромагнитных колебаний в контуре, если сблизить пластины конденсатора?
A. Уменьшится.
Б. Увеличится.
B. Не изменится.
2 вариант
Какие превращения энергии происходят в колебательном контуре?
A. Энергия электрического поля конденсатора превращается во внутреннюю энергию катушки индуктивности.
Б. Энергия магнитного поля катушки превращается во внутреннюю энергию конденсатора.
B. Энергия электрического поля конденсатора превращается в магнитную энергию магнитного поля катушки индуктивности, энергия магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля конденсатора.
В момент времени t = 0 энергия конденсатора равна 4*106 Дж.
Через -Т энергия на конденсаторе уменьшилась наполовину. Какова энергия магнитного поля катушки?
A. 4*10Дж.
Б. 2*10Дж.
B. 106 Дж.
Системы, подобные часам, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника, называются автоколебательными системами (органная труба, свисток, сердце).
Эксперимент. Труба Рикке.
Вынужденные электрические колебания, вырабатываются генераторами на электростанциях. Они неспособны вырабатывать колебания высокой частоты, которые применяются в радиотехнике.
Колебания высокой частоты можно получить с помощью лампового генератора. Основной его частью является трехэлектродная лампа - триод.
Когда замыкают цепь генератора, появляется импульс тока, который заряжает конденсатор колебательного контура. Для того чтобы колебания не затухали, конденсатор нужно периодически подзаряжать.
Конденсатор начинает разряжаться, на нижней обкладке находится положительный заряд, через катушку идет нарастающий ток. Переменное магнитное поле этого тока пронизывает не только катушку L, но и расположенную рядом с ней катушку Lсв (катушку обратной связи), порождая в каждой катушке вихревое электрическое поле. Поле создает положительный потенциал на сетке лампы, и через нее начинает идти анодный ток. Этот ток подзаряжает конденсатор в контуре, и потери энергии компенсируются.
Когда нижняя пластина конденсатора заряжена отрицательно, конденсатор должен отключиться от источника.
В генераторе это происходит автоматически. Переменное магнитное поле убывающего тока в контуре создает в катушке обратной связи вихревое электрическое поле такого напряжения, что потенциал на сетке лампы становится отрицательным. Лампа при этом запирается, и анодный ток прекращается:
Ламповые генераторы позволяют получать колебания с частотой до миллиона кГц. В настоящее время ламповые генераторы почти полностью вытеснены полупроводниковыми на транзисторах, за исключением очень мощных.
Генераторы на транзисторах компактнее, надежнее и экономичнее ламповых.
Основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем
Источник энергии
Устройство, регулирующее поступление энергии
Колебательная система
Обратная связь
Источник энергии - источник постоянного напряжения.
Устройство, регулирующее поступление энергии от источника (клапан) - триод.
Колебательная система - колебательный контур.
Обратная связь - индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи сетки.
IV. Закрепление изученного материала
Что такое колебательный контур?
Что такое автоколебательная система?
Перечислите основные элементы автоколебательной системы.
Приведите примеры автоколебательных систем.
V. Решение задач
1. Возникающая в рамке ЭДС индукция при вращении в однородном магнитном поле изменяется по закону e=12sin100pi*t.. Определить амплитуду колебаний ЭДС, ее действующее значение, циклическую и линейную частоту колебаний, период, фазу и начальную фазу.
VII. Подведение итогов урока
Домашнее задание § 1.6
