Методическая разработка бинарного урока "Получение электромагнитных колебаний. Превращение энергии в контуре"
методическая разработка по теме

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

Многопрофильный колледж

Получение электромагнитных колебаний. Превращение энергии в контуре

(методическая разработка открытого урока)

                                                                     Магнитогорск

                                                                         2012

 Рассмотрена и одобрена на заседании ПК  Естественнонаучных дисциплин  с внесенными изменениями и дополнениями «___»_______2012 г.  Протокол  №  __

Председатель ПК __________ /Е.С. Корытникова /

Составители : Никонорова Л.А., Форыкина Е.В., преподаватели   МпК

Методическая разработка открытого бинарного урока  «Получение электромагнитных колебаний. Превращение энергии в контуре» предназначена для проведения урока по дисциплинам «Физика»  и «Математика».   Методическая  разработка включает в себя:

• технологическую карту урока
• ход урока
• перечень слайдов

 Методическая разработка предназначена для педагогов, преподающих дисциплины «Физика» и  « Математика».

                                   Технологическая карта урока

Тема урока.  Получение электромагнитных колебаний. Превращение энергии в контуре

Цели урока:

дидактические:    

               обеспечить усвоение понятия  свободных  электромагнитных    

               колебаний;  периода      электромагнитных    колебаний;            

              обеспечить    формирование   умения объяснять схему колебательно

              го  контура и основные энергетические процессы, происходящие

               в нем;

развивающие:   

                развивать  мышление студентов и активизировать  их                

                познавательную     деятельность

воспитательные: 

                прививать  интерес  к изучаемым  дисциплинам посредством

                использования информационных технологий и реализации

                межпредметных связей

Вид занятия: комбинированный урок  

Методическое обеспечение:   компьютер, мультимедийный  проектор, экран, опорный конспект, тексты самостоятельной работы.

Межпредметные связи: физика и математика

                                                            Ход урока

Урок  проводится двумя преподавателями.

Преподаватель физики

   Сегодня необычный урок физики. Проведем его вместе с преподавателем математики.

Разговор пойдет об электромагнитных колебаниях. Тема нашего урока « Получение электромагнитных колебаний в контуре. Превращение энергии в контуре» Презентация слайда №1

Но прежде, чем мы приступим к изучению новой темы, проверим домашнее задание.

Для этого проведем небольшую самостоятельную работу. На партах для каждого есть листочки с заданием и листочки для ответа. Листочки подпишите и укажите номер варианта. Для выполнения работы 4-5 минут. Чтобы получить оценку «5», нужно дать 4 правильных ответа, «4»-3 ответа, «3»-2 правильных ответа.

Проверим ваши ответы. Презентация слайда №2

    А теперь перейдем  к теме нашего урока. Презентация слайда №3

Цель урока: познакомиться с получением электромагнитных колебаний. Со времени открытия принципов радиосвязи А.С. Поповым радиотехника прошла большой путь. Во много раз увеличилась чувствительность радиоприемников. Построены радиоприемники, регистрирующие радиоволны, приходящие к нам из глубин мирового пространства. Что же такое радиоволны? Как их получить? Эти вопросы нам и предстоит рассмотреть при изучении данной темы. Открытие электромагнитной индукции углубило наши представления об электромагнитном поле. Благодаря самоиндукции возможны колебания заряда, силы тока, напряжения и других величин, характеризующих электрические цепи. Эти колебания и называются электромагнитными.

   Механические и электромагнитные колебания подчиняются совершенно одинаковым количественным законам. В современной физике выделяется специальный раздел «Физика колебаний». Физика колебаний имеет очень большое практическое применение. Она занимается исследованием вибраций машин и механизмов, ее выводы лежат в основе электротехники переменных токов и радиотехники.  

Презентация слайда №4

Преподаватель математики:

   Как говорил великий Лейбниц, « Кто хочет ограничиться настоящим без знания прошлого, тот никогда его не поймет».   Презентация слайда №5

   Будем считать, что наше настоящее – это сегодняшний урок физики, а прошлое – уроки математики, на которых мы познакомились с тригонометрическими функциями, научились строить их графики и «читать» по графикам свойства функций.

Давайте же вначале проверим, насколько хорошо вы ориентируетесь в своем недалеком прошлом.

      На уроках математики мы рассматривали четыре тригонометрические функции, но сегодня на уроке физики вам понадобятся две из них  .

Итак, вспомним, что мы знаем о функции .

Презентация слайда № 6

Графиком функции является косинусоида. Начинаем исследование функции с ее области определения. А далее вспоминаем ее свойства:                                                                                                                                                                                                                                                                      

1. D(cos x) = R
2. y = cos x – четная функция, график симметричен относительно

       оси ординат

     3.    Периодичность:  T = 2π

    4.  Нули функции   cos x  = 0 при х = π /2 + πn, nÎZ

    5.    Промежутки знакопостоянства:

      cos x > 0 при  - π /2 + 2πn < x <  π /2 + 2πn, nÎZ

       cos x < 0 при    π /2 + 2πn < x < 3π /2 + 2πn, nÎZ

6.   Промежутки монотонности:

       xΠ( π+ 2πn; 2π+ 2πn) , nÎZ –  функция возрастает

      xΠ(0 + 2πn;  π+ 2πn) , nÎZ– функция  убывает

7.    Экстремумы:

       y max = 1      при х = 2πn, nÎZ

       y min = - 1    при х = π+ 2πn, nÎZ

8. E(cos x) = [- 1 ; 1]

А теперь вспомним свойства функции .

Презентация слайда № 7

1. D(sin x) = R
2. y = sin x – нечетная функция, график симметричен относительно

       начала координат

     3.    Периодичноть:  T = 2π

     4.   Нули функции   sin x  = 0 при х = πn, nÎZ

   5.    Промежутки знакопостоянства:

      sin x > 0  при       0 + 2πn < x < π+ 2πn, nÎZ

       sin x < 0  при       π + 2πn < x < 2π+ 2πn, nÎZ

  6.   Промежутки монотонности:

       xΠ(- π /2  + 2πn; π /2 + 2πn), nÎZ – функция  возрастает

      xΠ( π /2  + 2πn;  3π /2 + 2πn), nÎZ– функция убывает

   7.    Экстремумы:

       y max = 1    при х = π /2  + 2πn, nÎZ

       y min = - 1    при х = - π /2  + 2πn, nÎZ

8. E(sin x) = [- 1 ; 1] .

Кроме свойств функций мы с вами говорили и о преобразованиях графиков функций. Вспомним их на примере косинусоиды.

Презентация слайда №8,9

А теперь рассмотрим оба графика в одной системе координат. Видим, что каждый из них может быть полу Презентация слайда №10

чен из другого параллельным переносом вдоль оси абсцисс на  .

Обобщая все сказанное, перекинем так называемый мостик из математики к физике, проведем некоторые аналогии.

Презентация слайда № 11

Итак, график функции-  косинусоида.

        Область определения- вся числовая прямая. В математике по оси абсцисс мы откладываем углы (аргумент функции).  В физике по оси абсцисс откладывают время, а оно не может быть отрицательным. Значит, рассматривать будем только правую часть координатной плоскости.

      В математике аргумент принято обозначать через х.  В физике – t.  В математике одно деление по оси абсцисс соответствует , что составляет одну четвертую периода. В физике одно деление будет .

     В математике по оси ординат отмечаем значение функции, в физике – значение физической величины. Это может быть напряжение, сила тока, заряд.

     Экстремумы функции в математике – это максимум и минимум. В физике амплитуда – это максимальное отклонение от положения равновесия.

В математике выражение, стоящее под знаком синуса или косинуса является аргументом, в физике – это фаза .

 В математике период Т- это число, для которого выполняется равенство

 .

В физике период- это время одного полного колебания.

Преподаватель физики      

Механические и электромагнитные колебания , повторю, подчиняются совершенно одинаковым количественным  законам.

Вспомним

1)какие колебания называются гармоническими?

2)назовите уравнение гармонических колебаний

3)расшифровать величины, входящие в уравнение

4)Что такое конденсатор?

5)емкость конденсатора

6)индуктивность катушки

7)как можно изменить емкость конденсатора?

8)способы изменения индуктивности катушки

9)явление самоиндукции

     В тетрадях записываем дату и тему урока   Презентация слайда № 12

 Опережая события , смотря на шкалу электромагнитных волн, видим радиоволны.  Радиоволны занимают большой диапазон в шкале. Радиоволны- это электромагнитные волны.

  Чтобы получить любую волну, необходим источник колебаний. Как, например, поплавок, который колеблется на поверхности воды, создает волны.

   Поэтому сегодня мы знакомимся с получением электромагнитных колебаний, а на следующих уроках, знакомимся с радиоволнами и принципом радиосвязи.

  Электромагнитные колебания были открыты в известной мере случайно. Когда был создан первый конденсатор- лейденская банка, банку заряжали, а затем ее обкладки замыкали на катушку, катушка намагничивалась. В этом ничего странного не было .При разрядке конденсатора через катушку проходил ток, который и создавал магнитное поле. Но нельзя было определить полюса катушки. Впоследствии было понято , что в этой системе, состоящей из катушки и конденсатора, возникали электромагнитные колебания высокой частоты, свыше 10000 Гц. Что означает 10000 Гц? За 1 секунду 10000 колебаний. Так часто менялись полюса на катушке.

Простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания, состоит из катушки и конденсатора. Такая система называется колебательным контуром. Презентация слайда №13

    Периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называют электромагнитными колебаниями.

Чтобы в контуре возникли колебания, необходимо зарядить конденсатор.

Презентация слайда №14

В этот момент появляется электрическое поле, магнитного поля нет.

Перебрасывая ключ на катушку , конденсатор начнет разряжаться, в цепи создается э.д.с. самоиндукции, которая тормозит нарастание тока, но прекратить его не может. Ток нарастает до тех пор , пока конденсатор не разрядится полностью. В этот момент ток в цепи достигает максимального значения, а вся энергия электрического поля превращается в энергию магнитного поля. Презентация слайда №15

В следующий момент магнитное поле в катушке начнет ослабевать и в ней наводится эдс самоиндукции, поддерживающая прежнее направление тока, вследствие чего происходит перезарядка конденсатора, то есть превращение энергии магнитного поля в энергию электрического поля. Презентация слайда №16

Когда магнитное поле в катушке исчезнет, то конденсатор опять начнет разряжаться и в контуре возникнет ток обратного направления, пока вся энергия электрического поля не перейдет в энергию магнитного поля. Презентация слайда №17

После этого за счет действия эдс самоиндукции конденсатор опять перезаряжается. Презентация слайда №18

Итак, полное колебание в контуре закончено и далее весь описанный процесс повторяется снова в том же порядке.

Переходим к оформлению опорного конспекта.

   Под схемами колебательного контура записать значения напряжения, силы тока и магнитного поток, соответствующие схемам. Презентация слайда №19

Начертить графики изменения напряжения и силы тока .

Презентация слайда №20

Записать уравнения  для напряжения и силы тока .

U=Umax

I= Imax

      А сейчас выясним,  отчего зависит частота колебаний в колебательном контуре?

Максимум энергии электрического поля перейдет в максимум энергии магнитного поля при равенстве емкостного сопротивления конденсатора и индуктивного сопротивления катушки.

         
      формула Томсона.

    Частота и период электромагнитных колебаний зависят от индуктивности катушки и емкости конденсатора. Эту формулу установил в 1853 году Уильямс Томсон, который в 1892 году получил за выдающие научные заслуги титул лорда Кельвина ( он предложил абсолютную шкалу температур)

Отложили конспекты.

     Закрепление новых знаний

1) Какую роль играет конденсатор в колебательном контуре, катушка?

2)  Как изменится частота электромагнитных колебаний  в колебательном контуре, если

        a) в катушку внести сердечник?

        б) увеличить число пластин конденсатора?

А сейчас решим задачу. Презентация слайда №21

Оформление задачи на доске.

Домашнее задание §27.1,§27.2(выписать определение электрического резонанса), задача 26.15

Итак подведем итоги сегодняшнего занятия.

Что мы узнали на занятии?  Презентация слайда №22

Узнали понятия «колебательный контур», «электромагнитные колебания».

Узнали о способе получения электромагнитных колебаний.

Выяснили зависимость частоты колебаний в контуре от индуктивности катушки и емкости конденсатора.

Увидели применение тригонометрических функций при изучении электромагнитных колебаний.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Перечень слайдов, применяемых на уроке

1. Тема занятия.
2. Самостоятельная работа.
3. Тема занятия.
4. Слова Н. Заболоцкого.
5. Портрет и слова Лейбница.
6. График и свойства функции .
7.  График и свойства функции .
8. Параллельный перенос графика вдоль оси абсцисс.
9. Растяжение (сжатие) графика вдоль оси ординат.
10. Графики функций.
11. Сравнительная таблица.
12. Тема занятия.
13. Колебательный контур.
14.  Превращение энергии в колебательном контуре.
15. Превращение энергии в колебательном контуре.
16. Превращение энергии в колебательном контуре.
17. Превращение энергии в колебательном контуре.
18. Превращение энергии в колебательном контуре.
19. Превращение энергии в колебательном контуре.
20. Графики зависимостей силы тока, напряжения от времени в колебательном контуре.
21.  Задача на закрепление.
22. Итоги урока.