Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы

5632
знака
0
таблиц
5
изображений

Цыкун В.Ф., учитель физики сш. №30, г. Хабаровска, Щербаков Н.Г., к.п.н., доцент кафедры общей физики ХГПУ

В настоящее время, когда физические методы исследования проникли во все области науки и техники, особую остроту приобрел вопрос о вооружении учащихся глубокими знаниями и методами исследования в физике.

Одним из методов исследований в физике является графический метод, который дает возможность учащимся усваивать сущность предмета, познавать закономерности новых явлений.

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы

 В этой связи является актуальным вопрос использования графического метода преподавания физики, который позволяет наглядно провести всесторонний анализ явления, выявить его причинно-следственные связи и обосновать экспериментальные наблюдения.

 В качестве примера рассмотрим применение графического метода при изучении резонанса в электрической цепи.

Так, при изучении в 11 классе темы: «Электрический резонанс», после проведения опыта по наблюдению за яркостью свечения электрической лампочки, активное сопротивление которой Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы, включенной последовательно с катушкой индуктивности Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы, конденсатором Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы и звуковым генератором ЗГ (рис.1), при изменении частоты, для объяснения эксперимента можно использовать графический метод.

С этой целью необходимо дать учащимся следующее задание: исходя из закона Ома для переменного тока постройте зависимость силы тока I от частоты w источника переменного напряжения (I=I(w)).

Учащимся известно, что зависимость силы тока I от напряжения в исследуемой цепи подчиняется закону Ома в следующей форме записи:

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы,

где Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы- полное сопротивление цепи, которое равно

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы .

В этом выражении Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы - активное сопротивление контура,

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы - индуктивное и емкостное сопротивления,

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы - индуктивность катушки и емкость конденсатора.

Так как напряжение Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы постоянно с изменением частоты, то график зависимости тока от частоты противоположен частотной зависимости сопротивления.

Для построения зависимости Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы от частоты w вначале строятся зависимости Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы (рис.2,3,4)

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы

Затем графики зависимостей Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы представляем на одном рисунке (рис.5). Указанные кривые пересекаются. Точка пересечения этих графиков означает, что при определенном значении частоты источника переменного

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы

тока w емкостное сопротивление конденсатора и индуктивное сопротивления катушки индуктивности равны, т. е. XC=XL или Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы и тогда Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы.

 Но учащимся известно, что по формуле Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы рассчитывается собственная частота колебательного контура. Делаем вывод, что при изменении частоты источника переменного тока в колебательном контуре на частоте w = w0 наблюдается равенство реактивных сопротивлений.

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы

С учетом поведения кривых Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы на рис. 5 представлен график модуля реактивного сопротивления цепи Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы. Для его построения необходимо произвести вычитание ординат соответствующих графиков на нескольких частотах. Теперь с учетом рис.2 и 5 качественно можно представить график Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы (рис.6).

Из графика на рис.6 следует, что на частоте Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы и Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы (так как Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы).

Если Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы, тоИспользование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы

Для Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы.

С учетом частотной зависимости сопротивления Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы от частоты согласно формуле строится зависимость I=I(w) (рис.7).

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы

График зависимости тока от частоты противоположен графику зависимости полного сопротивления от частоты. На низких (Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы) и высоких (Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы) частотах Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы, а Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы; на частоте Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы полное сопротивление цепи для переменного тока является чисто активным и равно Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы, а ток на данной частоте максимален и равен Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы.

Это явление, то есть резкое возрастание тока в цепи на частоте Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы называется электрическим резонансом. Ток, протекающий в цепи через Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы и Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы при последовательном соединении одинаковый, напряжения на индуктивности и емкости находятся в противофазе и генератор на частоте Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы подключен только к Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы. Для объяснения увеличения яркости свечения лампочки на частоте Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы необходимо отметить, что она определяется потребляемой мощностью, которая равна Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы. Поэтому напряжение на резисторе равно напряжению генератора Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы.

Обычно резонансную кривую для последовательной цепи в школьном курсе связывают с кривой I=I(w).

С нашей точки зрения для того, чтобы определить к какому типу относится это явление - резонансу тока или резонансу напряжения, необходимо в дальнейшем сравнить величины напряжений на конденсаторе и катушке индуктивности с напряжением на резисторе на резонансной частоте Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы.

Для этого необходимо рассчитать напряжение на конденсаторе, равное

Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы.

Определив (с помощью омметра) сопротивление цепи Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы, по известной емкости Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы и частоте Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы находят Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы. Расчеты показывают, что Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы на резонансной частоте больше, чем напряжение генератора Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы. Такое же напряжение будет и на катушке индуктивности.

Вследствие того, что напряжение на катушке индуктивности и конденсаторе во много раз больше напряжения генератора, а также напряжения на резисторе Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы, такой резонанс называется резонансом напряжений.

Исходя из представленных графиков учащиеся делают следующие выводы для явления электрического резонанса для цепи с последовательным соединением Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы и Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы:

а) наблюдается резонанс напряжений Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы;

б) ток максимален и равен Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы;

в) полное сопротивление минимально и равно Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы;

г) емкостное сопротивление равно индуктивному;

д) реактивное сопротивление равно нулю, а значит сдвиг фаз между током и напряжением равен нулю;

с) энергия источника напряжения преобразуется во внутреннюю энергию.

Таким образом использование графического метода позволяет без сложных математических формул рассмотреть на высоком научном уровне такое сложное явление как резонанс напряжений в электрической цепи, состоящей из Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы и Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы элементов при их последовательном соединении, убедиться в закономерностях изучаемого явления, условиях возникновения электрического резонанса, режиме работы источника и колебательного контура на резонансной частоте. При этом бесспорно, нужно учитывать уровень подготовки учащихся (в условиях уровневой дифференциации


Информация о работе «Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы»
Раздел: Математика
Количество знаков с пробелами: 5632
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 5

Похожие работы

Скачать
87792
14
0

... работа оказывает значительное влияние на глубину и прочность знаний учащихся по предмету, на развитие их познавательных способностей, на темп усвоения нового материала. Практический опыт учителей многих школ показал, что: 1.   Систематически проводимая самостоятельная работа (с учебником по решению задач, выполнению наблюдений и опытов) при правильной ее организации способствует получению ...

Скачать
28619
0
0

... школа, 1988. 10.  Артюхов В.Г., Ковалева Т.А., Шмелев В.П. Биофизика. Воронеж: Воронежский гос. ун-т 1994. 11.  Антонов В.Ф. Биофизика. VI.: Арктос-Викапресс, 2000. 12.  Дополнительная 13.  Механика и биомеханика 14.  Никитин E. VI. Теоретическая механика. VI.: Наука. 1968. Александер Р. Биомеханика. VI.: Мир. 1970. 15.  Журавлева А.И., Iраевская И.Д. Спортивная медицина и лечебная ...

Скачать
241278
0
0

... деятельности, от эмоциональ­ного и физического состояния организма. Понима­ние процессов изменения работоспособности позволяет предупредить или отдалить наступление утом­ления. Например, у студентов первых курсов выс­ших учебных заведений в соответствии с биологи­ческими ритмами «пик» работоспособности прихо­дится на 11 часов утра; фаза относительно устой­чивой работоспособности наблюдается ...

Скачать
674101
6
0

... в 1920 году он становится профессором по кафедре социологии. Однако все больше образ мыслей первого советского профес­сора социологии не устраивает власти. В это же время Ленин остро ставит вопрос о необходимости коммуни­стического контроля над программами и содержанием курсов по общест­венным наукам. «Буржуазную» профессуру стали постепенно отстранять от преподавания и тем более от руководства ...

0 комментариев


Наверх