Некоторые вопросы методики преподавания темы "Электромагнитные колебания" (11 класс)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоторые вопросы методики преподавания темы «Электромагнитные колебания» (11 класс)

В данной теме рассматриваются свободные э/м колебания, автоколебания в колебательной системе, а также вынужденные колебания в электрических цепях под действием синусоидальной ЭДС. Все эти вопросы имеют большое значение для физического и политехнического образования учащихся. На их основе затем изучаются э/м волны с их научными и практическими проблемами - передача и использование электрической энергии, успехи перспективы электрификации, радиофикации, автоматизации производственных процессов и т.д.

Для методики изучения э/м колебаний особенно важны следующие положения:

использование механических и э/м колебаний;

широкое применение физического эксперимента,

изучение и объяснение сущности явлений на основе полученных в 10 классе знаний об электрических и магнитных полях и электромагнитной индукции

При изучении различных вопросов темы необходимо использовать знания по математике: производная, график функций sin, cos и производные тригонометрических функций.

Следует обратить внимание на то, что колебания происходят по одним и тем же законам, имеют одинаковые характеристики. Важно добиться от учащихся понимания того, что в случае механических колебаний мы имеем дело с видом движения, тогда как при э/м колебаниях со временем колеблются (изменяются) электромагнитные величины. Различие между этими колебаниями состоит в том, что колеблется разное, но по одним законам.

Мы не можем непосредственно наблюдать электромагнитные колебания, их необходимо превращать в механические. Это делается с помощью осциллографа или цифрового прибора. Свободные колебания являются затухающими.

При изучении электромагнитных колебаний нужно постоянно привлекать учащихся к использованию аналогий с механическими колебаниями.

Используются модели - идеальная колебательная система - колебательный контур.

1. Начинают с изучения понятия электромагнитных колебаний с помощью демонстрации колебательного контура. Т должен быть не менее 0,3-0,5 секунд (батарея конденсаторов, дроссельная катушка, демонстрационный гальванометр).

колебание электромагнитный контур ток

Какие величины колеблются? (q, I, U, ЭДС)

Рассматриваются энергетические процессы.

Расчёт параметров приборов для демонстрации свободных э/м колебаний:

L ~ 1Гн (дроссельная катушка)

Т~ 0,3-0,5 с. возможно наблюдать.

Гальванометр демонстрационный от вольтметра (с нулём посередине): дополнит, сопр. на 5-15 В

С - ?

С от 1000 - 5000 мкФ

Формулу Томсона получают используя аналогии с механическими колебаниями или закон сохранения энергии для идеального контура.

Экспериментальная проверка с помощью опыта с осциллографом. Если ввести реостат -- демонстрируем затухающие колебания:

R=600 Ом;

С=8 мкФ;

Диод из набора полупроводниковых приборов.

Уменьшают развертки - увеличивают масштаб

в каждый момент значение q определено фазой.

Задание учащимся: взять разные и построить графики q.

Автоколебания. Теория сложна. Рассматривают качественно на опытах.

Изучают или после свободных колебаний или после вынужденных. Они не есть гармоническими (нелинейные диф. ур-я). вспоминают механические (опыт с колебаниями пружин, маятника, э/магнит). Пример в технике: генератор незатухающих колебаний на транзисторе.

Переменный ток - вынужденное незатухающее э\м колебание. Сила тока меняется по гармоническому закону. Это легко обнаружить о помощью осциллографа. От сети подаем U, если на концах цепи U меняется гармонически, то также меняется Е электрического поля внутри проводника, это вызовет гармонические колебания скорости электронов, то есть колебания силы тока.

Получение переменного тока.

Проволочная рамка вращается в переменном магнитном поле.

Это модель простейшего генератора переменного тока.

Основные характеристики переменного тока:

I,u - мгновенные значения;

Im, Um - максимальные значения;

I, U - средние значения;

Ig, Ug - действующие или эффективные значения.

Действующее значение силы тока и напряжения. (Анализ введения)

Раньше вводилось по сравнению с тепловым действием тока, теперь несколько иначе: «всегда можно подобрать такое значение сил постоянного тока, чтобы энергия, выделяемая за некоторое время этим током на участке R, равнялась энергии, выделяемой за то же время переменным током».

Можно отметить, что шкалы э/м приборов для измерения I и U градуируются в действующих значениях этих величин.

Изучение сопротивлений следует в цепи переменного тока вести по единому плану:

1. экспериментом показывают какое сопротивление оказывают разные элементы постоянному и переменному току. Вводится понятие сопротивлений

2. устанавливается характер каждого вида сопротивлений (почему возникает).

3. устанавливают характер изменения I и U (убеждаются в гармоническом законе изменения).

4. сдвиг фаз между I и U.

5. закон Ома для амплитудного и действующего значений.

6. строятся волновые диаграммы.

7. разбирается вопрос о том, какие элементы цепи вносят тот или иной вид сопротивления («чистый» - идеализация)

R - сопротивление, которое обуславливает безвозвратные потери эл. энергии в цепи (тепловое действие тока)

- сопротивление обусловленное явлением самоиндукции называется индукционным (существует в цепи переменного тока, в цепи постоянного тока равно 0)

- сопротивление обусловленное наличием емкости в цепи переменного тока называется емкостным

Зависимость ХL и Хс от частоты.

Закон Ома для цепи переменного тока.

1. Для цепи с Rа, Im, Um совпадают по фазе. Закон справедлив для мгновенных, действующих и максимальных значений I и U в случаях с реактивной нагрузкой только для I и U действующих. Убедиться на опыте.

2. В случае смешанного сопротивления измеряют U на каждом элементе. Обращают внимание на опытные факты:

В отличии от последовательного соединения U на участке с L и С равно не сумме, а разности. Нужно объяснить основываясь на сдвиге фаз.

;

R полное зависит от .

Векторные и волновые диаграммы обеспечивают наглядность процессов, происходящих в цепях переменного тока.

1. Активное сопротивление. Ra u и i может описываться законами синуса и косинуса.

2. Индуктивное сопротивление.

3. Емкостное сопротивление.

Рассмотреть цепи со `смешанной' нагрузкой R, Xc 5. R, XL

Треугольник сопротивлений.

Рассматривают пример построения диаграммы.

Удобно вектора складывать правилом треугольника.

При изучении энергетических процессов полезно показать опыты: измерить Р и W в цепи с R.. P=IU как при постоянном токе.

Если нагрузка чисто реактивная W=0 т. е.

Автоколебания.

В теме рассматриваются вопросы:

· генератор переменного тока, практическое значение;

· передача электроэнергии на расстояния;

· транзистор.

Гармонические незатухающие колебания на транзисторе.

При изучении следует применять теорию поэлементного обучения

Размещено на Allbest.ru