Электромагнитные колебания

Цель работы: Изучить содержание темы «Электромагнитные колебания» (11 класс).

Повторить приёмы работы с осциллографом, звуковым генератором, магнитоэлектрической машиной, универсальным трансформатором.

Отработать технику демонстрационного эксперимента по данной теме.

Литература:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика. Учебник для 11 класса.- М.: Просвещение, 2002.

2. Программы средней общеобразовательной школы. Фи­зика. Астрономия.- М.: Просвещение, 1996.

3. Хорошавин С.А. Техника и технология демонстраци­онного эксперимента.- М.: Просвещение, 1978.

4.Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе /Под ред. Покровского А.А.- М.: Просвещение, 1978, Ч. 1.

5. Анциферов Л.И., Пищиков И.М. Практикум по методике и технике школьного эксперимента.- М.: Просвещение, 1984.

6. Теория и методика обучения физике в школе: частные вопросы. /Под ред. Каменецкого С.Е., Пурышевой Н.С. – М.: АКАДЕМА, 2000г.

7. Лабораторный практикум по теории и методике обучения физики /Под ред. С.Е. Каменецкого и др. – м.: Изд. Центр «академа», 2001г.

8. Лаборатория L-микро. Демонстрационный эксперимент по физике. Электричество 3 «Опыты с конденсатором и катушкой индуктивности, переменный ток» / Руководство по выполнению экспериментов. – ООО «СНАРК», МГИУ, 2007.

Подготовка к работе

1. Изучите по школьному учебнику содержание темы «Электромагнитные колебания». Уясните понятия: колебательный контур; переменный ток; активное, индуктивное и емкостное сопротивление; действующее значение силы тока и напряжения; резонанс, коэффициент трансформации и законы: Ома для цепи переменного тока, электромагнитной индукции.

2. Изучите по описанию машину магнитоэлектрическую, повторите органы управления и правила работы с осциллографом, звуковым генератором, универсальным трансформатором.

3. Подготовьте план, в который включите номер и название работы, начертите схемы ниже описанных опытов. В процессе выполнения работы запишите значения параметров, при которых опыты получаются более наглядными и убедительными.

Задание 1. Продемонстрируйте медленные затухающие электрические колебания. Для этого соберите цепь по рис. 1-29, с. 39 из /4/. Как можно видоизменить установку для того, чтобы усилить эффект опыта? Познакомьтесь с другими вариантами демонстраций затухающих колебаний с. 117 из /3/; с. 40-42 из /4/; опыт 8 из /8/. Дайте методическую оценку всех демонстраций.

Задание 2. Используя одну из рекомендованных выше демонстрационных установок, покажите зависимость частоты свободных электромагнитных колебаний от ёмкости и индуктивности контура. Зарисуйте полученные осциллограммы. Сделайте выводы.

Соберите цепь (и продемонстрируйте свободные электромагнитные колебания (с осциллографом).

Источник: РНШ (~ 100 В).

Трансформатор: 120/4 В.

Диод на подставке из набора полупроводниковые приборы.

Катушка 6/6 В от универсального трансформатора (вся обмотка).

Сердечник (верхнее ярмо от сердечника для универсального трансформатора).

Батарея конденсаторов на 58 мкФ (полностью вся батарея).

Задание 3. Предложите схемы установок для демонстрации получения переменного тока. Сделайте один из опытов. Используя осциллограф, покажите осциллограмму переменного тока (с.159 из /5/; с. 43 из /4/). Осциллограмму зарисуйте в тетради.

Задание 4. Соберите цепь и продемонстрируйте зависимость сопротивления конденсатора в цепи переменного тока от ёмкости конденсатора и от частоты изменения напряжения (опыт 6 из /8/). Сделайте выводы.

Подготовьте ответы на следующие вопросы:

Дайте определение понятий, сформулируйте законы и запишите формулы, которые перечислены в п. 1.

Каково соответствие между колебаниями пружинного (математического) маятника и колебаниями в колебательном контуре?

Как в колебательном контуре меняется заряд на конденсаторе, сила тока в контуре, ЭДС на индуктивности, энергия электрического и магнитного поля за один период?

Как можно получить переменный ток?

Как выглядит график зависимости напряжения, силы тока, мощности от времени в цепи переменного тока, содержащей ёмкость, индуктивность?

Изменяется ли при равномерном вращении рамки в магнитном поле магнитный поток через контур рамки, скорость изменения магнитного потока, ЭДС и силы тока в контуре?

Каково назначение ручек управления осциллографа, звукового генератора?

Какими шунтами, дополнительными сопротивлениями и шкалами комплектуют демонстрационный амперметр и вольтметр?

Каково назначение, устройство и принцип действия магнитоэлектрической машины?

Задание 5. Соберите цепь и продемонстрируйте зависимость реактивного сопротивления катушки от индуктивности катушки и от частоты приложенного напряжения (опыт 7 из /8/). Сделайте выводы.

Задание 6. Соберите цепь и продемонстрируйте явление резонанса в последовательном колебательном контуре, используя два варианта:

1. Опыт 9 из /8/.

2. Конденсатор – 1мкФ, катушка от универсального трансформатора 6/6 В., включенная на полное число витков, лампа на подставке (3,5 в; 0,28 А). Резонансная частота примерно 10000 Гц.

Задание 7. Продемонстрируйте устройство и принцип действия трансформатора (опыт 11 из /8/). Познакомьтесь с опытом 29, с. 67 /4/ и покажите опыты, которые следует демонстрировать учителю на уроке при изучении трансформатора.

Соберите цепь по схеме (рис. 1-63 из /4/) и покажите практическое применение трансформатора, например, для передачи электроэнергии на расстояние.