Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 171.63 Kb.
|
| Дмитриев Г.В. МОУ «Новошимкусская СОШ», Яльчикский район, Чувашская Республика Резонанс в электрической цепи Урок объяснения темы нового материала с компьютерной поддержкой.11-й класс. Ключ.слова: электрический резонанс, комплект приборов для изучения резонанса в электрической цепи, 11 класс. В природе очень часто что-нибудь «колеблется» и так же часто наступает резонанс. Р.Фейнман Цели урока: 1.Сформировать знания механизма явление электрического резонанса. 2. Приобретение практических навыков по электротехнике. Задачи урока: 1.Установить причинно-следственные связи между силой тока и частотой в колебательном контуре. 2.Выяснить значимость электрического резонанса в радио- и электротехнике. Дидактические средства. 1.Мякишев Г.Я.Физика: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. - М.:Просвещение,2004 2.Комплект приборов №1 для физического практикума К4820. 3.Комплект приборов лаборатории L-микро «Электричество-3» 4.Сборник задач по общей физике/Под редакцией К.В.Показаева и др. Чебоксары: Изд-во Чувашского универститета,2001 5.Рымкевич А.П.Сборник задач по физике.-М.:Просвещение,1984 6.Электронная версия урока на основе Power Point. 7. http://www.physbook.ru/index.php/Kvant 8. http://www.gitar.ru 9. http://www.physel.ru Изучение темы нового материала Учитель. Чем связаны между собой гудение проводов линии электропередачи и настройка радиоприемника, работа плавящей металл индукционной печи и т.д.? Изумленный ученик спросит: «Уж не вознамерился ли учитель перечислить вообще все на свете?» Конечно же, нет. Просто, приведенные примеры объединены часто встречающимся и действительно создающим впечатление всеохватности явлением — резонансом. Однако в слове «резонанс», от латинского resono — откликаюсь, кроется ключ к установлению подобия между весьма разнородными процессами, когда на периодическое внешнее воздействие нечто, способное колебаться, отвечает увеличением размаха собственных колебаний. Иначе говоря, когда малые причины способны привести к большим последствиям. Выявив эту особенность, вы легко продолжите список примеров и, как это часто бывает, обнаружите как полезные, так и вредные проявления резонанса. Отметим, что универсальность в описании колебательных процессов, в том числе и резонанса, послужила ученым путеводной звездой при освоении неизведанных ранее областей, например мира микроявлений. А это привело к созданию таких мощных методов исследования строения вещества, как электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс. Возможно, вы найдете сегодня достаточно доказательств обширности и важности этой темы и тогда «войдете в резонанс» с высказыванием Фейнмана. 1 Теоретическая часть: А) Аналогия механических и электромагнитных колебаний . Слайд 1
Слайд 2
Учитель. Если, цепь переменного тока содержит последовательно включенные резистор сопротивлением R , катушку индуктивности L и конденсатор емкостью С, на концы которого подается переменное напряжение, то полное сопротивление электрической цепи определяется по формуле: Слайд 3
Учащиеся.Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего источника с собственной частотой ω0 или при равенстве Х с = ХL электрической цепи называется электрическим резонансом. Учитель. Мощность контура максимальна в случае, когда сила тока совпадает по фазе с напряжением. При резонансе создаются оптимальные условия для поступления энергии из внешнего источника в контур. Амплитуда колебаний силы тока нарастает до тех пор, пока энергия на резисторе не сравняется с энергией, поступающей в контур: I м2 *R Uм * I м  ---------- = ------------ 2 2 Рис.1. Зависимость амплитуды силы тока от частоты при различных сопротивлениях . Слайд 4
Учащиеся делают записи в своих тетрадях. Уточняют задав вопросы учителю. 2 Экспериментальная часть: УчительДля наблюдения наступления резонанса в электрической цепи собираем установку из комплекта приборов №1 для физического практикума К4820(см.схему 2) : 1.Блок питания ( БП ); 2.Генератор высокочастотных колебаний ( ГВЧ ); 3.Колебателный контур (КК); Изменяя частоту генератора (ГВЧ), добиваемся свечения индикаторной лампочки контура. Изменения емкость конденсатора колебательного контура, проградуированного в пикофарадах, устанавливаем факт повышения яркости свечения этой лампочки. При некотором значении емкости, лампа горит максимально ярко, что свидетельствует о наступлении острого резонанса в колебательном контуре, при котором амплитуда сила тока имеет наибольшее значение. Дальнейшее вращение ручки конденсатора контура приводит уменьшению яркости индикаторной лампочки. Слайд 5
Учитель. При некотором значении емкости, лампа горит максимально ярко, что свидетельствует о наступлении острого резонанса в колебательном контуре. Какое условие резонанса в колебательном контуре? Учащиеся. Приравнивается частота генератора с частотой колебательного контура, которое способствует резкому возрастанию амплитуды колебаний силы тока и при этом люминесцентная лампа имеет максимальную яркость. 3 Применение резонанса : 1. Осуществление радиосвязи (прием радиосигнала на основе приемника). Учитель.По существу на резонансе основана техника радиоприема. Многочисленные радиостанции излучают электромагнитные волны, которые наводят в антенне радиоприемника переменные э. д. с. (электрические колебания), причем каждая радиостанция наводит колебания своей определенной частоты. Если бы мы не умели выделить из этой сложнейшей смеси колебаний колебания, наводимые интересующей нас радиостанцией, то никакой радиоприем не был бы возможен. Здесь и приходит на помощь электрический резонанс. Демонстрация настройки самодельного радиоприемника на волну «Радио России» ( демонстрацию настройки осуществляют наиболее подготовленные ученики, например: члены кружка «Физика и техника», которые заранее подготовлены на это действие). Демонстраторы. Мы соединяем с антенной колебательный контур, например: через индуктивность, как показано на схеме 2.Емкость конденсатора можно плавно изменять, меняя тем самым собственную частоту контура. Если мы настроим контур на желательную частоту, например ν1, то э. д. с. с частотой ν1 вызовет в контуре сильные вынужденные колебания, а все остальные э. д. с.— слабые. Следовательно, резонанс позволяет настраиваться на желаемую станцию и отстраиваться от всех остальных. Стрелка на конденсаторе указывает на то, что емкость конденсатора можно менять резонанс позволяет по желанию настраивать приемник на частоту выбранной станции. Слайд 6
2.Усиления звучания электрогитар. Учитель. Резонансная частота большинства существующих звукоснимателей при нормальном гитарном кабеле находится в пределах от 2000 до 5000 Гц. В этой области человеческое ухо имеет наибольшую чувствительность. Вкратце субъективное соотношение частоты и звука таково, что при резонансной частоте 2000 Гц звук тёплый и мягкий, при 3000 Гц - звонкий, на 4000 Гц - пронзительный, на 5000 Гц и выше - хрупкий и тонкий. Звук, конечно же, зависит и от высоты пика. Высокий пик даёт мощный, характерный звук; низкий пик даёт более слабый звук, особенно на цельнокорпусных гитарах, которые не имеют выраженного акустического резонанса. Высота пика на большинстве существующих датчиков находится в пределах от 1 до 4 (от 0 до 12 дБ), в зависимости от магнитного материала звукоснимателя, от сопротивления внешней нагрузки и от наличия металлической крышки (без крышки пик выше, что многим гитаристам нравится больше), а также от внутреннего сопротивления звукоснимателя. Резонансная частота зависит как от индуктивности L (в большинстве звукоснимателей - от 1 до 10 Генри), так и от ёмкости С. С - это сумма ёмкостей катушки (обычно около 80 - 200 пФ) и кабеля (около 500 - 1000 пФ). Поскольку разные кабели имеют разную ёмкость, понятно, что резонансная частота будет меняться также в зависимости от кабеля, а вместе с ней и общий звук.[7] Это важно знать (необходимость учета возможности резонанса в электрической цепи) Учитель. Разумеется, в электротехнике, как и в машиностроении, резонанс может явиться величайшим злом там, где его не должно быть. Если электрическая цепь рассчитана на работу в отсутствие резонанса, то возникновение резонанса вызовет аварию: провода раскалятся от чрезмерно сильных токов, изоляция будет пробита из-за высоких резонансных напряжений, и т. п. В прошлом веке, когда электрические колебания были еще недостаточно изучены, такие аварии случались. Теперь же мы умеем в зависимости от условий либо использовать резонанс, либо устранять его. Любопытно, что... [8] ( информацию ученики находят предварительно из Интернета и доводят до остальных учащихся виде устного или презентационного сообщения) 1)...на дальних подступах к своему открытию светового давления П.К.Лебедев обнаружил в опытах смену взаимного притяжения вибратора и резонатора на их отталкивание при переходе через резонанс, причем как для электромагнитных, так и для гидродинамических и звуковых волн. Тождественность возникающих во всех случаях сил свидетельствовала о независимости полученных закономерностей от природы колебательных систем. 2)...если в электрическом колебательном контуре менять емкость или индуктивность с частотой, в два раза большей собственной частоты контура, то в нем можно возбудить колебания. На этом так называемом параметрическом резонансе основано действие генераторов переменного тока, изобретенных российскими физиками Л.И.Мандельштамом и Н.Д.Папалекси. 3)...даже в гигантских современных циклотронах — ускорителях заряженных частиц — используется простой принцип, заключающийся в обеспечении резонанса между движением частицы по спиральной траектории и переменным электрическим полем, периодически «подхлестывающим» частицу. 4. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ЗНАНИЙ. ФОРМИРОВАНИЕ УМЕНИЙ : Слайд 7
Слайд 8
Варианты ответа: 1)При некотором положении сердечника наступает электрический резонанс. 2)Резонанс в цепи можно ожидать на частоте генератора, в n = 1, 2, 3... раз меньшей собственной частоты колебательного контура. 3)Когда контур настроен в резонанс с колебаниями в волне. 4)Прием разумными короткими антеннами дает более слабый сигнал, но затем он усиливается в приемнике. Задачи 1)Условие задачи озвучивается, которое редактировано заранее с помощью Movie Maker и вложено в медиафайл . Слайд 9
Вариант решения выдается в режиме слайд шоу через гиперссылку:
2) Выполняют задание у доски два ученика эстафетным методом «Кто первый?» Слайд 10
Вариант решения: Дано: ν =40* 106 Гц L=1,585*10-6Гн ﻉ=8 d=0,03 м ﻉ0=8,85*10-12Ф/м Найти:S Решение: 1 ν= ν0 = -------------------- (1) 2*3,14*√ L*C Преобразуем формулу (1) для расчета емкости конденсатора: 1 С= ---------------------- (2*3,14)2 * ν2 *L Расчет: 1 С= ------------------------------------------------- = 20 пФ (2*3,14)2 *(40*106Гц)2 *1,585*10 - 6Гн Для плоского конденсатора емкость определяется : ﻉ0 * ﻉ * S С= --------------- (2) d Преобразуем формулу (2) для расчета площади одной из обкладок конденсатора: С *d S= ----------- ﻉ0 * ﻉ Расчет: 20* 10-12Ф *0.03м S= -------------------------- = 0,0085 м2 8,85*10-12Ф/м*8 Ответ: S= 0,0085 м2..  3. Составьте электрическую схему последовательного соединенного RLC-контура из приборов показанных на рисунке 5.При помощи соединительных провод составьте электрическую цепь этого контура ( первую часть задачи учащиеся выполняют самостоятельно на рабочем месте, а состав- ление электрической цепи производится на магнитной доске тем учеником, который первым справляется первой частью задачи) Рис.5. Комплект приборов для составления последовательного RLC-контура. 4.Учащиеся решают задачу индивидуально, а учитель консультирует и направляет учащихся на правильный ход решения задачи. Слайд 11
5.Домашнее задание: 1) В цепь включены конденсатор емкостью 2 мкФ и катушка с индуктивностью 0,05 Гн. При какой частоте тока в этой цепи будет резонанс? [4] 2)Для обеспечения настройки в резонанс приемного колебательного контура приемника на радиостанцию «Юность» с частотой 68,84МГц, Незнайка подобрал три конденсатора переменной емкости 10 <С1 < 100 пикоФарад, 10 |
Схема 1.Последовательный RLC-контур
Добавить документ в свой блог или на сайт
