Мета уроку: з'ясувати умови виникнення резонансу в електричних колах.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань |
5 хв. |
1. Резистор у колі змінного струму. 2. Конденсатор у колі змінного струму. 3. Котушка індуктивності в колі змінного струму. |
Демонстрації |
3 хв. |
Резонанс напруг у колі змінного струму. |
Вивчення нового матеріалу |
25 хв. |
1. Умови виникнення резонансу в електричному колі. 2. Використання резонансу. |
Закріплення вивченого матеріалу |
12 хв. |
1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Умови виникнення резонансу в електричному колі
В ідеальному коливальному контурі можуть існувати вільні електромагнітні коливання, власна частота яких визначається за формулою Томсона:
.
З’єднаємо коливальну систему із джерелом змінної напруги — генератором. ЕРС генератора буде створювати в контурі змінний електричний струм, частота якого збігатиметься із частотою зміни ЕРС, тобто в контурі виникнуть вимушені електромагнітні коливання.
Якщо змінювати ємність конденсатора або індуктивність котушки, змінюючи тим самим власну частоту коливань контуру, то можна помітити, що:
1) під час наближення власної частоти контуру до частоти зміни зовнішньої ЕРС амплітуда вимушених коливань сили струму буде збільшуватися;
2) чим більший активний опір контуру, тим слабше виражений сплеск амплітуди коливань сили струму.
Характер залежності сили струму від частоти за постійного значення напруги U можна передбачити на основі аналізу закону Ома для кола змінного струму:
.
Амплітуда сили струму буде максимальною за мінімального повного опору. Опір R не залежить від частоти, а мінімальне значення квадрата різниці ωL й 1/ωC дорівнює нулю. Тому максимальна амплітуда сили струму виникає, якщо:
.
Ця рівність справедлива, якщо частота вимушених коливань збігається із частотою власних коливань у контурі:
або .
Резонанс напруг полягає в різкому збільшенні амплітудного значення сили струму Imax за умови, що частота v0 змінної напруги збігається із частотою v0 власних коливань у контурі з котушки й конденсатора.
На рисунку показана залежність Imax(v) за різних значень активного опору кола. Резонанс є «гострим» (тобто графік функції Imax(v) має вузький високий максимум) за малих значень активного опору. А коли активний опір дуже великий, то резонанс взагалі не спостерігають.
2. Використання резонансу
Явище електричного резонансу широко використовують у радіотехніці: у схемах настроювання радіоприймачів, підсилювачів, генераторів високочастотних коливань. Наприклад, радіохвилі від різних передавальних станцій збуджують в антені радіоприймача змінні струми різних частот. Але тільки в разі резонансних коливань сили струму в контурі будуть значними. Настроювання контуру на потрібну частоту ю0 зазвичай здійснюється шляхом зміни ємності конденсатора.
На явищі резонансу заснована робота багатьох вимірювальних приладів (наприклад, резонансний хвилемір).
У деяких випадках резонанс в електричному колі може завдати значної шкоди. Якщо коло не розраховано на роботу в умовах резонансу, то виникнення резонансу призведе до аварії. Надмірно високі струми можуть перегріти проводи. Високі напруги призведуть до пробою ізоляції.
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Перший рівень
1. Коли спостерігається резонанс у механічних коливальних системах?
2. За яких умов у колі змінного струму настає резонанс?
3. За якої умови резонансні властивості контуру виражені найбільш чітко?
Другий рівень
1. Чому дорівнює різниця фаз між коливаннями сили струму й напруги під час резонансу?
2. Чи може амплітуда сили струму під час резонансу в коливальному контурі активного опору Rперевищити силу постійного струму в колі такого ж активного опору і постійної напруги, що дорівнює амплітуді змінної напруги?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1) Якісні питання
1. Лампа накалювання, конденсатор і котушка індуктивності з’єднані послідовно й підключені до джерела змінної напруги. Коли в коло послідовно вмикають ще одну котушку, яскравість світіння лампи різко збільшується. У разі послідовного підключення третьої котушки яскравість світіння лампи стає такою, як спочатку. Поясніть явище. Як пов’язані між собою частота v змінного струму, ємність Cконденсатора й індуктивність L кожної із трьох однакових котушок?
Указівка. , тобто під час увімкнення в коло двох котушок спостерігається
резонанс.
2. Можна встановити режим резонансу в колі змінного струму, не змінюючи індуктивності й електроємності в колі. Як це зробити?
2) Навчаємося розв'язувати задачі
1. У мережу змінної напруги 50 Гц включені послідовно лампочка, конденсатор ємністю 40 мкФ і котушка, у яку повільно вводять сердечник. Індуктивність котушки без сердечника дорівнює 125 мГн, а якщо сердечник увести повністю — 2 Гн. Опишіть, як буде змінюватися розжарення лампочки в міру введення в котушку сердечника.
Розв'язання. Сила струму буде максимальною за резонансу, коли
У міру введення сердечника індуктивність котушки спочатку буде наближатися до цього значення, а потім ставати дедалі меншою. Отже, розжарення лампи буде спочатку зростати, досягнувши під час резонансу максимуму, а потім убувати.
2. У коло увімкнено послідовно котушку індуктивністю 50 мГн і конденсатор електроємністю 20 мкФ. Якої частоти змінний струм потрібно створити в цьому колі, щоб настав резонанс напруг?
3. Показане на рисунку коло підключено до виходу генератора змінної напруги, частоту якого плавно змінюють (діюче значення напруги залишається незмінним). За частот v1= 200 Гц і v2= 3,2 кГц сила струму в колі однакова. За якої частоти сила струму в колі максимальна?
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
• Резонанс напруг полягає в різкому збільшенні амплітудного значення сили струму Imax за умови, що частота v змінної напруги збігається із частотою v0 власних коливань у контурі з котушки й конденсатора:
Підр-1: Опрацювати конспект.
Із цими матеріалами переглядають:
Будь яке копіювання, у тому числі окремих частин текстів чи зображень, публікування і републікування, передрук чи будь-яке інше поширення інформації fizmat.7mile.net, яким би способом воно не здійснювалося повинно мати обов’язкове пряме, відкрите для пошукових систем гіперпосилання на ресурс fizmat.7mile.net в першому абзаці. Будемо вдячні за розміщення кнопки сайту на Ваших ресурсах: <p><a href="http://fizmat.7mile.net/" target="_blank"><img src="http://fizmat.7mile.net/images/fizmat7milebl.png" width="170" height="40" alt="s5 logo" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" /></a></p> |
Використовуючи наш веб-сайт, ви погоджуєтесь на наше використання файлів cookie Детальніше про cookies
Source: http://fizmatprov/Tablichni-dani/koefitsienti-linijnogo-rozshirennya-tverdikh-rechovin.html