Зависимость Т ЭМК от параметров колебательной системы

Урок физики в 11 классе. Учитель – Баландина Н.А.
Тема: Зависимость периода электрических колебаний от параметров
колебательного контура.
Задачи:
Образовательные – выяснить зависимость периода колебаний в контуре от
индуктивности
катушки
и
емкости
конденсатора
экспериментально;
- использовать зависимость периода колебаний в контуре от
индуктивности катушки емкости конденсатора при решении
задач и в процессе компьютерного моделирования;
- подготовка к ЕГЭ по физике.
Развивающие – создание условий для развития исследовательских и творческих
навыков учащихся;
- развитие навыков работы с компьютером и физическими
приборами.
Воспитательные – способствовать развитию культуры умственного труда;
- создание условий для повышения интереса к изучаемому
предмету.
Тип урока: комплексное применение знаний, умений и навыков.
Оборудование:
физические приборы для выполнения эксперимента,
компьютеры, прикладная компьютерная программа «Физика 7-11».
Ход урока.
1. Целеполагание. Мотивация.Повторение изученного материала.





Что называется электрическими колебаниями?
В какой системе возможны электрические колебания?
Из чего состоит колебательный контур?
Какие величины можно назвать параметрами колебательного контура?
Что такое период колебаний?
Посмотрите на доску, прочитайте тему урока. Как вы думаете, какие задачи
мы можем решить на этом уроке? Какими способами это можно сделать?
(Физический эксперимент, компьютерный эксперимент, компьютерное
моделирование, решение задач).
1
2. Самостоятельная работа учащихся по выбору.
На прошлом уроке мы получили формулу для вычисления периода
колебаний в колебательном контуре T  2 LC , исходя из аналогии
электрических и механических колебаний. Докажем ее справедливость с
помощью а) физического эксперимента (2 чел.)
б) компьютерного эксперимента (2 чел.) и будем ее использовать.
Для этого проведем а) компьютерное моделирование (2 чел.)
б) решение задач (2 чел.)
Учащиеся выбирают для себя вид работы и получают соответствующие
задания.
Задание 1.
Физический эксперимент.
Цель: Исследовать зависимость периода электрических колебаний в колебательном контуре
от емкости конденсатора при неизменной индуктивности катушки.
Оборудование: колебательный контур, генератор высокочастотных колебаний, блок
питания, диод, вольтметр лабораторный, провода соединительные.
Ход работы:
1.
Соберите электрическую цепь по схеме
2.
В работе используется метод резонанса. Если частота колебаний генератора
значительно отличается от собственной частоты колебаний контура, то показания
вольтметра будут незначительны. При равенстве частоты собственных колебаний и частоты
колебаний генератора вольтметр покажет наибольшее значение.
3.
Выполните измерения, вычислите период колебаний в контуре
С, пФ
ν, МГц
Т, с
10
4. Найдите отношения
Т n 1
и
Tn
20
40
C n 1
. Сравните их и сделайте вывод о зависимости Т от С
Cn
при неизменном L.
2
Задание 2.
Физический эксперимент.
Цель: Исследовать зависимость периода электрических колебаний в колебательном контуре
от индуктивности катушки при неизменной емкости конденсатора.
Оборудование: звуковой генератор школьный, конденсатор емкостью 2 мкФ, катушка на 12
В от универсального трансформатора с незамкнутым сердечником, лампочка на подставке,
соединительные провода.
Ход работы:
1.
Соберите электрическую цепь. Установка состоит из катушки на 12 В от
универсального трансформатора с незамкнутым сердечником, конденсатора и лампочки,
соединенных последовательно и подключенных к низкоомному выходу звукового
генератора.
2.
В работе используется метод резонанса. Если частота колебаний генератора
значительно отличается от собственной частоты колебаний контура, то лампочка будет
гореть тускло. При равенстве частоты собственных колебаний и частоты колебаний
генератора лампочка горит наиболее ярко.
3.
Определите частоту и период колебаний в контуре при полном включении
катушки.
4.
Уменьшите индуктивность катушки, для этого включите в контур половину
витков катушки. Снова определите частоту и период колебаний в контуре.
5.
Сделайте вывод о зависимости Т от L при неизменной емкости конденсатора.
Задание 3.
Компьютерный эксперимент.
Цель: Исследовать зависимость периода электрических колебаний в колебательном контуре
от емкости конденсатора при неизменной индуктивности катушки.
Ход работы:
В работе рассматривается идеальный колебательный контур, т. е. R = 0.
Индуктивность катушки колебательного контура остается постоянной, L=10 мГн.
Изменяя емкость конденсатора, найдите период колебаний в контуре в следующих случаях:
C, мкФ 2
4
6
8
10
Т, мс
Вычислите отношения
Т n 1
и
Tn
C n 1
. Сравните их и сделайте вывод о зависимости Т от С
Cn
при неизменном L.
Дополнительный вопрос. В чем недостатки компьютерного эксперимента?
Задание 4.
Компьютерный эксперимент.
Цель: Исследовать зависимость периода электрических колебаний в колебательном контуре от
индуктивности катушки при неизменной емкости конденсатора.
Ход работы:
В работе рассматривается идеальный колебательный контур, т. е. R = 0.
3
Емкость конденсатора колебательного контура остается постоянной, С = 2 мкФ.
Изменяя индуктивность катушки, найдите период колебаний в контуре в следующих
случаях:
L, Гн
2
4
6
8
10
Т, мс
Вычислите отношения
Т n 1
и
Tn
L n 1
. Сравните их и сделайте вывод о зависимости Т от С
Ln
при неизменном L.
Дополнительный вопрос. В чем преимущества компьютерного эксперимента?
Задание 5
Компьютерное моделирование.
Цель: построить график зависимости периода электрических колебаний от индуктивности
катушки колебательного контура при неизменной емкости конденсатора.
Для работы используются электронные таблицы.
С = 10 мкФ (1Е-05)
L меняется от 0,01 Гн до 0,2 Гн через 0,01 Гн.
Вычислите период колебаний для каждого значения L и постройте график зависимости
периода колебаний в контуре от индуктивности катушки при неизменной емкости
конденсатора.
Сделайте вывод по работе.
Задание 6
Компьютерное моделирование.
Цель: построить график зависимости периода электрических колебаний от емкости
конденсатора колебательного контура при неизменной индуктивности катушки
Для работы используются электронные таблицы.
L = 0,2 Гн
С меняется от 5 мкФ (5Е-06) до 100 мкФ (1Е-04) через 5 мкФ.
Вычислите период колебаний для каждого значения С и постройте график зависимости
периода колебаний в контуре от емкости конденсатора при неизменной индуктивности
катушки.
Сделайте вывод по работе.
4
Задание 7
Решение задач.
Уровень А.
1.
Определить период колебаний в колебательном контуре, состоящем из катушки с
индуктивностью 2·10-4 Гн и конденсатора с емкостью 8 мкФ. Ответ дать в микросекундах.
2.
Определить электроемкость колебательного контура, индуктивность которого
равна 200 Гн, а период колебаний 0,04 с. Принять квадрат числа «пи» равным 10. Ответ дать
в микрофарадах.
3.
Индуктивность колебательного контура 20 мкГн. Какой конденсатор следует
включить в контур, чтобы настроить его на частоту 5 МГц? Ответ выразить в пикофарадах.
Принять квадрат числа «пи» равным 10.
Уровень В.
4.
Колебательный контур с конденсатором емкостью 0,5 мкФ настроен на частоту
600 Гц. Если параллельно этому конденсатору подключить другой конденсатор, то частота
колебаний в контуре станет равной 200 Гц. Найти в микрофарадах емкость второго
конденсатора.
Критерии оценки:
№ 1 + № 2 – оценка «3»,
№ 1 + № 2 + № 3 – оценка «4»,
№ 1 + № 2 + № 3 + № 4 – оценка «5»
3. Отчет учащихся о выполненной работе.
Учащиеся рассказывают, как она выполняли работу и какие результаты
получили.
4. Домашнее задание.
Всем - § 30, упр. 4 № 2, 3.
Тем, кто сдает ЕГЭ отдельное задание на карточках:
1. Конденсатор электроемкостью 10 мкФ, заряженный до напряжения 220 В,
подключили к катушке индуктивностью 25 мГн. Рассчитайте:
1) период электромагнитных колебаний в контуре;
2) максимальную силу тока в катушке;
3) полную энергию контура.
2. Идеальный колебательный контур состоит из конденсатора электроемкостью 20
мкФ и катушки индуктивностью 8 мГн. Максимальная сила тока в контуре равна
10-3 А. Рассчитайте:
1) период электромагнитных колебаний в контуре;
2) максимальный заряд на конденсаторе;
3) полную энергию контура.
3. В колебательном контуре параллельно конденсатору присоединили другой
конденсатор, емкость которого в 3 раза больше. В результате частота
5
электромагнитных колебаний изменилась на 300 Гц. Найти первоначальную
частоту колебаний.
5. Рефлексия. Подведение итогов урока.
 Какую задачу мы сегодня решали на уроке?
 Что мы для этого делали?
 Как вы оцениваете свой вклад и вклад каждого из вас в решение
поставленной задачи?
 Достигли ли мы цели урока?
6