обзорные лекции / Тема 30
.docМЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ.
-
Электромагнитные колебания. Общие сведения.
Первоначальные сведения о колебаниях учащиеся получают в базовом курсе физики при изучении механических колебаний. Поскольку колебания различной природы подчиняются общим закономерностям, целесообразно при объяснении материала использовать аналогии с механическими колебаниями или иными процессами. Это облегчает усвоение новых понятий. Следует обратить внимание учащихся на идеализацию колебаний в колебательном контуре. При изучении колебаний можно изображать спектрограммы сигналов. По оси ординат откладывают амплитуду, по оси абсцисс – частоту колебаний. Спектрограмма гармонических колебаний будет представлять собой одну вертикальную линию:
-
Свободные электромагнитные колебания.
Изучение свободных электромагнитных колебаний начинается с демонстрации опыта. На доске изображается схема и собирается установка:
Для лучшего понимания механизма возникновения электромагнитных колебаний целесообразно подробно рассмотреть процессы, происходящие в колебательном контуре, сопровождая их соответствующими аналогиями механических колебаний математического маятника. Обращают внимание школьников на то, какие величины в этом процессе колеблются ( заряд конденсатора, сила тока в контуре, напряжение на конденсаторе и катушке, ЭДС самоиндукции).
Записывают выражения для собственной частоты и собственного периода колебаний в контуре:
и
Справедливость этих выражений можно продемонстрировать на том же опыте, изменяя емкость конденсатора и индуктивность катушки.
Затем записывают уравнение гармонических колебаний:
, из которого можно получить уравнение для мгновенного значения силы тока (сила тока – первая производная от заряда по времени). Закрепить изученный материал стоит решением задач.
-
Автоколебания – незатухающие колебания в реальных колебательных системах, которые поддерживаются за счет внешнего источника энергии, причем поступление энергии регулируется самой колебательной системой. Выделяют основные части автоколебательной системы: колебательный контур, регулятор подачи энергии, устройство, выполняющее функцию обратной связи между колебательным контуром и регулятором энергии и источник энергии. В качестве примера можно продемонстрировать опыт «Незатухающие колебания».
4. Вынужденные электрические колебания – переменный электрический ток.
Записав выражение для мгновенного значения напряжения в цепи переменного тока, рассматривают цепь переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлением и записывают закон Ома для цепи переменного тока.
Затем вводят понятие действующего значения силы тока и напряжения. Все введенные математические выражения закрепляют в процессе решения задач.
Далее рассматриваются вопросы генерации переменного тока и передачи электроэнергии на расстояние. Рассматривают устройство и принцип действия трансформатора, вводят понятие коэффициента трансформации. Заканчивают изучение темы знакомством с успехами электрификации России.