Тема: Резонанс в электрической цепи. Автоколебания.

Цели: раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при резонансе напряжений, и научиться применять основные закономерности электрического резонанса при решении физических,рассмотреть автоколебания.

Задачи урока:

познакомиться с явлением резонанса;

продолжить развитие умения анализировать, сопоставлять, сравнивать, выделять главное;

формировать умения работы с различными источниками учебной информации;

ПЛАН

1. Изучение нового материала

Просмотр видео

Проработка теоретического материала

Самостоятельная работа

1. Просмотреть видео: https://yandex.fr/video/preview/?text=резонанс%20в%20электрической%20цепи%20автоколебания%2011%20класс%20конспект%20урока&path=wizard&parent-reqid=1634291302298011-15792400934978545844-sas2-0340-sas-l7-balancer-8080-BAL-2407&wiz_type=vital&filmId=15601774533094983936

2. Проработать теоретический материал и н аписать краткий конспект лекции

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.

<Рисунок 1>

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.

<Рисунок 2>

Из прямоугольного треугольника на чертеже имеем:

Тогда:

Полное электрическое сопротивление цепи переменному току:

Величина

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:

При этом:

• цепь обладает только активным сопротивлением;
• (U_L)_рез. = (U_C)_рез. (по модулю), но противоположны по фазе.

Выводы:

Из (10) следует, что электрический резонанс происходит, когда частота вынуждающего напряжения равна собственной частоте электрической цепи:

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

<Рисунок 3>

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.

Применение электрического резонанса:

1) входной кон­тур радиоприемника (анализ рисунка учебника и объ­яснение принципа действия приемного колебательно­го контура)

2) резонансный волномер, объяснение принципа действия волномера с переменной ем­костью (демонстрация при помощи высокочастотного генератора и колебательного контура с неоновой лампой)