Меню

Урок физики резонанс в цепи переменного тока

Методическая разработка открытого урока по физике «Переменный ток на реальном участке цепи. Электрический резонанс»

Разделы: Физика

Цели урока:

  • Ввести понятие о реальном участке цепи.
  • Изучить основные особенности переменного электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединённых резистора, конденсатора и катушки индуктивности.
  • Раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при электрическом резонансе, и изучить средства его описания.
  • Расширить политехнический кругозор учащихся сведениями о прикладном значении электрического резонанса.
  • Тип урока: урок изучения нового материала и первичного закрепления.

    Демонстрации: явление электрического резонанса.

    Учебно-методическое обеспечение: видеопрезентации учебного материала № 1, 2.

    Технические средства обучения:

      функциональный генератор ФГ-100;
    • осциллограф С1-83;
    • макет колебательного контура;
    • компьютер;
    • мультимедийный проектор;
    • экран.

    I. Введение: создание мотивации.

    “Закройте глаза, освободите уши, напрягите слух, и от нежнейшего дуновения до самого дикого шума, от простейшего звука до высочайшей гармонии, от самого мощного страстного крика до самых кротких слов разума – всё это речь природы, которая обнаруживает своё бытиё, свою силу, свою жизнь…

    Она даёт дивное зрелище; видит ли она сама, мы не знаем, но она его даёт для нас, а мы, незамеченные, смотрим из-за угла… Каждому является она в особенном виде. Она скрывается под тысячей имён и названий, и всё равно одна и та же. Она ввела меня в жизнь, она и уведёт. Я доверяю ей. Пусть она делает со мной, что хочет…”. Иоганн Вольфганг Гёте

    Физика – наука о природе, приоткрывшая завесу и разгадавшая больше загадок мироздания, чем любая другая наука. Мы – дети природы и должны уметь с ней разговаривать, понимать и беречь её.

    Кроме того, мы должны не только пользоваться всем тем, что дарит нам природа, любоваться ею, но стараться постичь её и увидеть то, что скрыто от нас за внешними образами явлений. А это можно лишь с помощью замечательной науки – физики.

    Только физика позволяет заметить, что в “явлениях природы есть формы и ритмы, недоступные глазу созерцателя, но открытые глазу аналитика. Эти формы и ритмы мы называем физическими законами” (Р.Фейнман).

    II. Повторение ранее изученного материала.

    На прошедших уроках мы детально изучили процессы, которые происходят на участке цепи с одним из возможных сопротивлений.

    Сегодня на занятии мы должны с Вами изучить основные особенности переменного электрического тока на реальном участке цепи и раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при электрическом резонансе.

    Итак, давайте вспомним.

  • Что называют электромагнитными колебаниями?
  • Какие электромагнитные колебания называют вынужденными?
  • Дайте определение переменного электрического тока.
  • Что представляет собой цепь переменного тока с активным сопротивлением?
  • Назовите основные особенности переменного электрического тока на участке цепи с активным сопротивлением.
  • Дайте определение действующего значения силы переменного тока.
  • Что представляет собой цепь переменного тока с емкостным сопротивлением?
  • По каким законам меняются мгновенные значения напряжения и силы тока в такой цепи и чему равен сдвиг фаз между ними?
  • От каких величин зависит реактивное емкостное сопротивление?
  • Как записывается закон Ома для амплитудных и действующих значений силы тока и напряжения?
  • Что представляет собой цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением?
  • Назовите основные особенности переменного электрического тока на участке цепи с емкостным сопротивлением.
  • Вам предлагается ещё раз вспомнить ранее изученный материал и посмотреть его видеопрезентацию.

    III. Изучение нового материала.

    В рабочих тетрадях записываем дату, вид работы, тему урока и рассматриваемые вопросы.

    Рассматриваемые вопросы:

    • Закон Ома для электрической цепи переменного тока.
    • Резонанс в цепи переменного тока.
    • Применение и учёт резонанса в технике.

    В действительности участок цепи, по которому протекает переменный электрический ток, обладает свойствами активного, емкостного и индуктивного сопротивлений, правда, в разной степени. В каких-то случаях тем или иным сопротивлением можно пренебречь – в зависимости от решаемой задачи.

    Рассмотрим процессы, происходящие на реальном участке цепи, представляющем собой последовательное соединение резистора, конденсатора и катушки индуктивности.

    Отношения между физическими величинами для такого участка значительно сложнее, поэтому обратимся к главным результатам.

    Опишем прохождение переменного электрического тока на таком участке цепи.

    Напряжение, подаваемое внешним генератором, в любой момент времени равно сумме падений напряжений на различных участках цепи:

    Пусть напряжение в цепи изменяется по гармоническому закону:

    Так как напряжение на каждом участке своё, то на разных участках цепи между колебаниями силы тока и напряжения имеется свой сдвиг фаз. Поэтому сила тока в цепи будет изменяться по закону:

    Амплитуда приложенного напряжения определяется на векторной диаграмме как геометрическая сумма амплитуд падений напряжений на активном сопротивлении, катушке индуктивности и конденсаторе.

    Из прямоугольного треугольника на чертеже имеем:

    Полное электрическое сопротивление цепи переменному току:

    называется реактивным сопротивлением или реактансом.

    Закон Ома для цепи переменного тока запишется в виде:

    Формулировка закона Ома для цепи переменного тока:

    Амплитуда силы переменного тока прямо пропорциональна амплитуде напряжения и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

    Закон Ома для действующих значений силы тока и напряжения:

    Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения можно определить из векторной диаграммы:

    На реальном участке цепи происходят новые физические явления. Одно из важных – электрический резонанс.

    Явление электрического резонанса впервые было описано выдающимся английским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1868 году.

    Из формулы (7) следует условие, при котором наступает электрический резонанс: сила тока максимальна при минимальном значении полного сопротивления цепи, т.е. когда:

    img7.jpg (1895 bytes)

    При этом:

    • цепь обладает только активным сопротивлением;
    • (UL)рез. = (UC)рез. (по модулю), но противоположны по фазе.

    Амплитуда установившихся колебаний силы тока при резонансе определяется:

    При электрическом резонансе цепь фактически обладает только активным сопротивлением, т.е. нет сдвига фаз между силой тока и напряжением, хотя до и после резонанса этот сдвиг фаз есть.

    Проанализируем формулу (12):

    • при R —> 0 (Imax)рез. —> (чем меньше активное сопротивление R, тем более острый максимум имеет резонансная кривая);
    • при R —> говорить о резонансе не имеет смысла.

    Таким образом: резонанс в электрической цепи переменного тока – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с частотой свободных незатухающих колебаний в контуре.

    Давайте посмотрим, каким образом на практике можно получить явление резонанса напряжений в электрической цепи переменного тока при последовательном соединении её элементов.

    На вход реального колебательного контура подаём с функционального генератора переменное синусоидальное напряжение, частоту которого можно менять. К выходу колебательного контура подключаем осциллограф, преобразующий электрический сигнал в видимое изображение. Как будет реагировать колебательный контур на изменение частоты вынуждающего сигнала?

    Изменяем частоту входного сигнала в сторону увеличения. Наблюдаем: увеличение амплитуды колебаний выходного сигнала на экране осциллографа.

    При дальнейшем увеличении частоты входного сигнала наблюдается уменьшение амплитуды выходного сигнала. Момент, когда амплитуда колебаний выходного сигнала была максимальной, соответствует явлению электрического резонанса напряжений.

    Изучим на практике, как реагирует колебательный контур на изменение ёмкости конденсатора и индуктивности катушки, т.е. как изменяется резонансная частота.

    Увеличим ёмкость конденсатора. Наблюдаем: резонансная частота уменьшилась.

    Увеличим индуктивность катушки. Наблюдаем: резонансная частота уменьшилась.

    Для этого достаточно сравнить амплитуды выходного сигнала, снимаемого с конденсатора и катушки индуктивности.

    Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи в схемах настройки радиоприёмников (для выделения сигнала требуемой частоты), усилителей, генераторов высокочастотных колебаний. На явлении резонанса основана работа многих измерительных приборов. Например, резонансный волномер используется для измерения частоты и является основной частью генераторов стандартных сигналов.

    Нужно помнить, что явление электрического резонанса необходимо учитывать при расчёте изоляции электрических цепей.

    Вредное влияние резонанса проявляется в тех случаях, когда в цепи, не рассчитанной на работу в условиях резонанса, возникают чрезмерно большие токи или напряжения.

    Резкие возрастания тока могут привести к нарушению изоляции витков катушки индуктивности, а большие напряжения – к пробою конденсаторов.

    IV. Закрепление изученного материала.

    Вопросы для закрепления

  • Что было изучено сегодня на уроке?
  • Как бы Вы сформулировали тему сегодняшнего урока?
  • Какие новые понятия на уроке были введены?
  • Что представляет собой реальный участок цепи?
  • Какие новые формулы и законы изучили?
  • С каким новым физическим явлением Вы познакомились?
  • Дайте определение электрического резонанса.
  • Вашему вниманию представляются основные особенности переменного электрического тока в последовательной электрической цепи. Посмотрим на экран.

    V. Подведение итогов урока.

    Мы заканчиваем наш урок. Проследим логику изучения нами учебного материала.

    С чего мы начали?

    1. Повторили ранее изученный материал.
    2. Выделили основные теоретические положения новой темы.
    3. Подтвердили эти положения демонстрационным экспериментом.
    4. Нашли практическое применение явления электрического резонанса.
    5. Систематизировали и закрепили полученные знания.

    Рефлексия
    (Карточки с вопросами находятся на столе у каждого учащегося).

  • Что интересного запомнилось Вам на уроке?
  • Что оказалось для Вас полезным?
  • Что представляло наибольшую трудность?
  • Как Вы оцениваете полученные сегодня знания (глубокие, осознанные; предстоит осознать; неосознанные)?
  • Несколько учеников зачитывают свои ответы. Учитель подводит итоги урока, объявляются отметки учащимся.

    VI. Домашнее задание.

    • §35. Учебник “Физика-11”. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.
    • № 981, 982, 983. Физика. Задачник 10-11 кл. Рымкевич А.П.

    Заключительное слово учителя:

    Наш урок мы завершим изречениями древнекитайского философа, последователя Конфуция – Сюнь-цзы:

    “Не поднявшись на высокую гору, не узнаешь высоты неба. Не взглянув в глубокое ущелье в горах, не узнаешь толщины земли. Не услышав заветов предков, не узнаешь величия учёности”.

    “В учении нельзя останавливаться”.

    И действительно, сколько ещё непознанного и неразгаданного вокруг нас. Какое поле деятельности для умелых рук, пытливого ума, смелой и любознательной натуры! А “великий океан истины” всё также расстилается перед нами неразгаданным до конца, загадочным, волшебным и манящим.

    Я благодарю всех за урок. До свидания.

    1. Мякишев Г.Я. Физика: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. – М.: Просвещение, 2005, с. 102-105.
    2. Глазунов А.Т., Кабардин О.Ф., Малинин А.Н. и др.; Под ред. Пинского А.А., Кабардина О.Ф. Физика: Учеб. для 11 кл. с углубл. изучением физики. – М.: Просвещение, 2005, с. 32-34, 39-41.
    3. Диск “Открытая физика”, версия 2,5, часть 2. Под редакцией профессора МФТИ Козела С.М. ООО “Физикон”, 2002.
    4. Сост. Кондрашов А.П., Комарова И.И. Великие мысли великих людей. – М.: РИПОЛ классик, 2007, с. 48.

    Источник

    Резонанс в цепи переменного тока

    Урок 14. Физика 11 класс ФГОС

    Доступ к видеоуроку ограничен

    Конспект урока «Резонанс в цепи переменного тока»

    Давайте с вами вспомним, что вывести закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего резистор, катушку индуктивности, конденсатор и источник переменного напряжения нам помогла векторная диаграмма амплитуд напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке.

    Мы показали, что амплитуда приложенного напряжения должна быть равна геометрической сумме этих амплитуд. Угол между амплитудами приложенного напряжения и силы тока определяет разность фаз между силой тока и напряжением. Тангенс этого угла, как видно из рисунка, равен отношению разности амплитуд напряжений на катушке и конденсаторе к амплитуде напряжения на активном сопротивлении:

    Используя закон Ома для участка цепи нетрудно показать, что этот же угол определяется отношением реактивного сопротивления к активному:

    А средняя мощность, выделяемая в цепи на активном сопротивлении, будет определяться выражением, представленном на экране:

    Здесь cos φ — это коэффициент мощности. Являясь безразмерной физической величиной, он характеризует потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей, и показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

    Из последних двух формул следует, что если реактивное сопротивление цепи равно нулю, то уравнение для мощности примет привычный для нас вид:

    В этом случае в цепи выделяется максимальная мощность — наступает явление резонанса.

    Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока или напряжения при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура:

    Рассмотрим это явление более подробно. Для начала представим себе, что мы раскачиваем маятник, действуя на него периодически изменяющейся силой. В этом случае маятник будет совершать колебания не самостоятельно, не свободно, а под действием периодической внешней силы. Такие колебания маятника, как мы помним, называются вынужденными колебаниями.

    В электрических колебательных контурах также могут происходить вынужденные электромагнитные колебания. Если в каком-либо колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности и конденсатора, всё время действует генератор переменного тока, то ЭДС генератора будет вызывать в этом контуре переменный электрический ток, частота которого будет равна частоте колебаний ЭДС генератора.

    Частота этих вынужденных колебаний в общем случае не совпадает с частотой собственных колебании контура:

    Когда собственная частота колебательного контура далека от частоты ЭДС, действующей в контуре, общее сопротивление контура велико и ток в нём незначителен. Однако если в такой цепи подобрать ёмкость конденсатора и индуктивность катушки так, чтобы их сопротивления оказались равными, то разность фаз между колебаниями силы тока и напряжения станет равным нулю, то есть изменения тока и напряжения будут происходить синфазно:

    Таким образом, условием возникновения резонанса в колебательном контуре является равенство частоты внешнего подаваемого на контур напряжения частоте собственных колебаний контура:

    Эту частоту называют резонансной.

    При этом условии полное сопротивление контура становится наименьшим и равным активному сопротивлению, а амплитуда силы тока при данном напряжении принимает наибольшее значение. В этом случае амплитуда напряжения на активном сопротивлении равна амплитуде внешнего напряжения, приложенного к участку цепи (Ur = U), а напряжения на катушке индуктивности и конденсаторе одинаковы по модулю и противоположны по фазе:

    Обратите внимание на то, что амплитудные значения резонансных напряжений на катушке и конденсаторе равны между собой, и они могут значительно превышать амплитуду приложенного напряжения:

    Это явление называется резонансом напряжений. При этом чем меньше активное сопротивление контура, тем сильнее ток в контуре и круче резонансная кривая. Такой случай принято называть острым резонансом.

    Контур, обладающим острым резонансом, очень чувствителен к колебаниям резонансной частоты. Это широко используется в радио- и электротехнике для усиления колебаний напряжения какой-либо определённой частоты.

    Так, например, радиоволны от различных передающих станций возбуждают в антенне радиоприёмника переменные токи различных частот, так как каждая передающая радиостанция работает на своей частоте. С антенной индуктивно связан колебательный контур, в катушке которого возникают вынужденные колебания силы тока и напряжения. Но только при резонансе из колебаний различных частот, возбуждаемых в антенне, контур выделяет только те, частота которых равна его собственной частоте. Настройка контура на нужную частоту обычно осуществляется путём изменения ёмкости конденсатора.

    Теперь давайте рассмотрим участок цепи переменного тока, содержащий параллельно включённые конденсатор и катушку индуктивности.

    Предположим, что активное сопротивление цепи настолько мало, что им можно пренебречь. Пусть к данной цепи приложено переменное напряжение, изменяющееся по закону синуса:

    Тогда ток, проходящей в ветви с ёмкостным сопротивлением, будет опережать по фазе приложенное напряжение на π/2. А проходящей в ветви с индуктивным сопротивлением — отставать по фазе на π/2 от приложенного напряжения:

    Таким образом, разность фаз токов в двух ветвях равна π, то есть колебания токов в ветвях противоположны по фазе. Амплитуда же тока во внешней цепи равна модулю разности амплитуд сил токов обеих ветвей:

    Если частота колебаний в контуре будет равна резонансной частоте, то амплитудные значения сил токов в ветвях будут равны, и амплитуда силы тока во внешней цепи станет равной нулю.

    Конечно же, если учесть наличие активного сопротивления, то разность фаз не будет равна π, как и не будет равно нулю амплитудное значение силы тока во внешней цепи. Но оно примет наименьшее возможное значение. При этом амплитуды сил токов в ветвях могут значительно превышать амплитуду тока во внешней цепи.

    Явление резкого уменьшения амплитуды силы тока во внешней цепи, питающей параллельно включённые конденсатор и катушку индуктивности, при приближении частоты приложенного напряжения к резонансной частоте называется резонансом токов (или параллельным резонансом).

    Это явление используется в резонансных усилителях, позволяющих выделять одно определённое колебание из сигнала сложной формы, а также в индукционных печах, чтобы сила тока в подводящих проводах была гораздо меньше силы тока в катушке.

    Для закрепления нового материала давайте решим с вами такую задачу. Контур, состоящий из конденсатора ёмкостью 507 мкФ, катушки индуктивностью 20 мГн и резистора сопротивлением 100 Ом включили последовательно в сеть переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Определите силу тока в цепи, сдвиг фаз между напряжением и силой тока, а также резонансную частоту контура.

    Источник

    Урок физики в 11 классе «РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ»

    Нажмите, чтобы узнать подробности

    В процессе урока учащиеся получают знания о физической сущности резонанса в электрической цепи, необходимые для решения физических задач на ЕГЭ.

    Просмотр содержимого документа
    «Урок физики в 11 классе «РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ»»

    Урок физики в 11 классе

    «РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ»

    Цель урока: Раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при резонансе напряжений и научить учащихся применять основные закономерности электрического резонанса при решении физических задач; расширить политехнический кругозор учащихся сведениями о прикладном значении электрического резонанса.

    Тип урока: урок изучения нового материала и закрепления.

    Демонстрации:

    явление электрического резонанса.

    Учебно-методическое обеспечение:

    Тесты с использованием программы «Verdikt»

    Технические средства обучения:

    1.Генератор звуковой частоты
    2.Батарея конденсаторов

    4.Лампочка на подставке

    10.Компакт-диск “Открытая физика1.1”

    I. Введение: создание мотивации.

    Физика – наука о природе, приоткрывшая завесу и разгадавшая больше загадок мироздания, чем любая другая наука. Мы – дети природы и должны уметь с ней разговаривать, понимать и беречь её.

    Кроме того, мы должны не только пользоваться всем тем, что дарит нам природа, любоваться ею, но стараться постичь её и увидеть то, что скрыто от нас за внешними образами явлений. А это можно лишь с помощью замечательной науки – физики.

    Только физика позволяет заметить, что в “явлениях природы есть формы и ритмы, недоступные глазу созерцателя, но открытые глазу аналитика. Эти формы и ритмы мы называем физическими законами” (Р.Фейнман).

    Проверка домашнего задания (тесты)

    1.Емкостное сопротивление конденсатора на частоте 50 Гц равно 100 Ом.каким будет оно на частоте 200 Гц?

    1.400Ом 2.200Ом. 3.1600 Ом. 4.25 Ом. 5. 6,25 Ом 6. 50 Ом

    2.Индуктивное сопротивление катушки на частоте 100 Гц равно 80 Ом. Каким оно будет на частоте 25Гц?

    1. 20 Ом . 2. 5 Ом. 3. 40 Ом. 4. 1280 Ом. 5. 160 Ом. 6. 320 Ом.

    3.Амплитуда гармонических колебаний силы тока равна 10 А. Чему равно действующее значение силы тока?

    1.10 2. 5 А 3. 10/ 3. 10 4.0 А.

    4. Изменения заряда конденсатора в колебательном контуре происходят по закону

    q = 0,01cos 10πt. Определите циклическую частоту колебаний заряда.

    5. Сила тока в цепи изменяется со временем по закону ί = 6sin 0,1пt. Чему равен период электрических колебаний?

    6. Какое из выражений определяет период электромагнитных колебаний в контуре, состоящем из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью Ŀ?

    А) С

    Б)

    В) 2π

    Г)

    7.Как изменится период колебаний в контуре, если индуктивность катушки увеличить в 4 раза?

    А) Уменьшится в 4 раза?

    Б) Уменьшится в 2 раза?

    В) Увеличится в 4 раза?

    Г) Увеличится в 2 раза?

    8.Период колебаний равен 2 мс. Частота этих колебаний равна

    1) 0.5 Гц 2) 20 Гц 3) 500 Гц 4) π кГц

    II. Повторение ранее изученного материала.

    На прошедших уроках мы детально изучили процессы, которые происходят на участке цепи с одним из возможных сопротивлений.

    Сегодня на занятии мы должны с Вами изучить основные особенности переменного электрического тока на реальном участке цепи и раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при электрическом резонансе.

    Итак, давайте вспомним.

    Фронтальный опрос

    Что называют электромагнитными колебаниями?

    Какие электромагнитные колебания называют вынужденными?

    Что представляет собой цепь переменного тока с активным сопротивлением?

    Назовите основные особенности переменного электрического тока на участке цепи с активным сопротивлением.

    Дайте определение действующего значения силы переменного тока.

    Что представляет собой цепь переменного тока с емкостным сопротивлением?

    От каких величин зависит реактивное емкостное сопротивление?

    Как записывается закон Ома для амплитудных и действующих значений силы тока и напряжения?

    Что представляет собой цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением?

    Назовите основные особенности переменного электрического тока на участке цепи с емкостным сопротивлением.

    III. Изучение нового материала.

    Закон Ома для электрической цепи переменного тока.

    Резонанс в цепи переменного тока.

    Применение и учёт резонанса в технике.

    Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из катушки, батареи конденсаторов, реостата и лампы накаливания в качестве индикатора, соединённых последовательно и присоединённых к генератору. На шкале генератора установлена частота 3 кГц. Ёмкость конденсатора (2 мкФ) и индуктивность катушки (6/6 на магнитопроводе без ярма) подобраны так, что при этой частоте в цепи примерно резонанс.

    Включив в процессе демонстрации данную цепь прошу учащихся подумать ,как изменится в цепи ток(накал лампочки), если выключить катушку индуктивности или конденсатор. Как правило ,учащиеся единодушно заявляют, опираясь на известные опыты для цепей c R,L и C,что сила тока возрастет. После этого поочередно замыкаю проводом накоротко катушку и конденсатор и, к удивлению школьников, обнаруживают, что сила тока резко уменьшается.

    Явление объясняют тем , что напряжения на емкости и индуктивности находятся в противофазе и поэтому частично или полностью компенсируют друг друга .

    Как изменится ход эксперимента, если увеличить активное сопротивление реостата? Выдвинуть гипотезу, проверить на практике. Резонанс наблюдается при той же частоте, но при меньшем накале лампочки

    Зависимость силы тока от частоты можно изобразить графически. Такой график называют резонансной кривой. При резонансе сила тока достигает максимального значения, так как индуктивное сопротивление равно ёмкостному, их разность равна 0, а полное сопротивление равно активному сопротивлению реостата и лампочки. Напряжение на конденсаторе , и напряжение на катушке, достигают наибольшего значения и также становятся равны. Поэтому, электрический резонанс в последовательном колебательном контуре называют резонансом напряжений. При резонансе напряжение на конденсаторе может в несколько раз превышать напряжение на зажимах генератора. Этот факт подтверждаем на опыте.

    Графическая зависимость отношения от частоты имеет такую же форму как и зависимость силы тока от частоты, и также называется резонансной кривой.

    Теперь исследуем явление электрического резонанса с помощью компьютерной модели. (. Установить R=1,5 Ом, С=50 мкФ, L=2,2 мГн).

    Обратить внимание, что при резонансе напряжения на конденсаторе и катушке равны по величине, но имеют противоположный сдвиг фаз по отношению к силе тока.

    Самостоятельная работа с учебником ( стр.96 )

    Сообщение учащегося « Использование резонанса в радиосвязи.»

    Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи в схемах настройки радиоприёмников (для выделения сигнала требуемой частоты), усилителей ,генераторов высокочастотных колебаний. На явлении резонанса основана работа многих измерительных приборов. Например, резонансный волномер используется для измерения частоты и является основной частью генераторов стандартных сигналов.

    В цепях, не рассчитанных на работу в условиях резонанса, нельзя допускать его возникновения, так как высокие напряжения могут вызвать пробой диэлектрика в конденсаторе, а большие токи могут расплавить изоляцию.

    4. Закрепление.

    Что было изучено сегодня на уроке?

    С каким новым физическим явлением Вы познакомились?

    Дайте определение электрического резонанса.

    Ответить на вопрос, задав нужные параметры компьютерной модели.

    Решить задачу № 983.

    5. Домашнее задание..

    §35. Учебник “Физика-11”. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.

    № 981, 982, Физика. Задачник 10-11 кл. Рымкевич А.П.

    Наш урок мы завершим изречениями древнекитайского философа, последователя Конфуция – Сюнь-цзы:

    “Не поднявшись на высокую гору, не узнаешь высоты неба. Не взглянув в глубокое ущелье в горах, не узнаешь толщины земли. Не услышав заветов предков, не узнаешь величия учёности”.

    “В учении нельзя останавливаться”.

    . Рефлексия
    (Карточки с вопросами находятся на столе у каждого учащегося).

    Что интересного запомнилось Вам на уроке?

    Что оказалось для Вас полезным?

    Что представляло наибольшую трудность?

    Как Вы оцениваете полученные сегодня знания (глубокие, осознанные; предстоит осознать; неосознанные)?

    Источник

    

    Урок физики резонанс в цепи переменного тока

    2-й семестр

    ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

    4. Электромагнитные колебания и волны

    УРОК 7/49

    Тема. Резонанс в цепи переменного тока

    Цель урока: выяснить условия возникновения резонанса в электрических цепях.

    Тип урока: урок изучения нового материала.

    1. Резистор в цепи переменного тока.

    2. Конденсатор в цепи переменного тока.

    3. Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

    4. Закон Ома для цепи переменного тока .

    Резонанс напряжений в цепи переменного тока .

    Изучение нового материала

    1. Условия возникновения резонанса в электрической цепи.

    2. Использование резонанса .

    Закрепление изученного материала

    1. Качественные вопросы.

    2. Учимся решать задачи .

    ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

    В идеальном колебательном контуре могут существовать свободные электромагнитные колебания, собственная частота которых определяется по формуле Томсона:

    Соединим колебательную систему с источником переменного напряжения — генератором. ЭДС генератора будет создавать в контуре переменный электрический ток, частота которого совпадает с частотой изменения ЭДС, т.е. в контуре возникнут вынужденные электромагнитные колебания.

    Если изменять емкость конденсатора или индуктивность катушки, изменяя тем самым собственную частоту колебаний контура, то можно заметить, что:

    1) во время приближения собственной частоты контура к частоте изменения внешней ЭДС амплитуда вынужденных колебаний силы тока будет увеличиваться;

    2) чем больше активное сопротивление контура, тем слабее выраженный всплеск амплитуды колебаний силы тока.

    Характер зависимости силы тока от частоты при постоянном значении напряжения U можно предсказать на основе анализа закона Ома для цепи переменного тока:

    image361

    Амплитуда силы тока будет максимальной за минимального полного сопротивления. Сопротивление R не зависит от частоты, а минимальное значение квадрата разности ω L и 1/ω C равна нулю. Поэтому максимальная амплитуда силы тока возникает, если:

    image362

    Это равенство справедливо, если частота вынужденных колебаний совпадает с частотой собственных колебаний в контуре:

    image363

    Резонанс напряжений заключается в резком увеличении амплитудного значения силы тока Imax при условии, что частота v0 переменного напряжения совпадает с частотой v 0 собственных колебаний в контуре из катушки и конденсатора.

    На рисунке показана зависимость Imax ( v ) при разных значениях активного сопротивления цепи. Резонанс является «острым» (то есть график функции Imax ( v ) имеет узкий высокий максимум) за малых значений активного сопротивления. А когда активное сопротивление очень большой, то резонанс вообще не наблюдают.

    Явление электрического резонанса широко используют в радиотехнике: в схемах настройки радиоприемников, усилителей, генераторов высокочастотных колебаний. Например, радиоволны от различных передающих станций возбуждают в антенне радиоприемника переменные токи различных частот. Но только в случае резонансных колебаний силы тока в контуре будут значительными. Настройка контура на нужную частоту ю0 обычно осуществляется путем изменения емкости конденсатора.

    На явлении резонанса основана работа многих измерительных приборов (например, резонансный волномер).

    В некоторых случаях резонанс в электрической цепи может нанести значительный ущерб. Если круг не рассчитано на работу в условиях резонанса, то возникновение резонанса приведет к аварии. Чрезмерно высокие токи могут перегреть провода. Высокие напряжения приведут к пробою изоляции.

    ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

    1. Когда наблюдается резонанс в механических колебательных системах?

    2. При каких условиях в цепи переменного тока наступает резонанс?

    3. При каком условии резонансные свойства контура выражены наиболее четко?

    1. Чему равна разность фаз между колебаниями силы тока и напряжения во время резонанса?

    2. Может ли амплитуда силы тока во время резонанса в колебательном контуре активного сопротивления R превысить силу постоянного тока в цепи такого же активного сопротивления и постоянного напряжения, равный амплитуде переменного напряжения?

    ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

    1. Лампа накаливания, конденсатор и катушка индуктивности соединены последовательно и подключены к источнику переменного напряжения. Когда в цепь последовательно включают еще одну катушку, яркость свечения лампы резко увеличивается. В случае последовательного подключения третьей катушки яркость свечения лампы становится такой, как вначале. Объясните явление. Как связаны между собой частота v переменного тока, емкость C конденсатора и индуктивность L каждой из трех одинаковых катушек?

    Указание. то есть при включении в круг двух катушек наблюдается резонанс.

    2. Можно установить режим резонанса в цепи переменного тока, не изменяя индуктивности и электроемкости в кругу. Как это сделать?

    2 ) . Учимся решать задачи

    1. В сеть переменного напряжения 50 Гц включены последовательно лампочка, конденсатор емкостью 40 мкФ и катушка, в которую медленно вводят сердечник. Индуктивность катушки без сердечника равна 125 мГн, а если сердечник ввести полностью — 2 Гн. Опишите, как будет изменяться накал лампочки мере ввода в катушку сердечника.

    Решения. Сила тока будет максимальной за резонанса, когда

    По мере ввода сердечника индуктивность катушки сначала будет приближаться к этому значению, а потом становиться все меньше. Следовательно, накал лампы будет сначала расти, достигнув во время резонанса максимума, а затем убывать.

    2. В круг включена последовательно катушка индуктивностью 50 мГн и конденсатор електроємністю 20 мкФ. Какой частоты переменный ток нужно создать в этом кругу, чтобы наступил резонанс напряжений?

    3. Показанное на рисунке круг подключен к выходу генератора переменного напряжения, частоту которого плавно изменяют (действующее значение напряжения остается неизменным). За частот v 1 = 200 Гц и v 2 = 3,2 кГц сила тока в цепи одинакова. При которой частоты сила тока в цепи максимальна?

    image365

    ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

    • Резонанс напряжений заключается в резком увеличении амплитудного значения силы тока Imax при условии, что частота v переменного напряжения совпадает с частотой v 0 собственных колебаний в контуре из катушки и конденсатора:

    Источник

    Читайте также:  Зарядное из трансформатора тока своими руками