Автоколебания. Генератор незатухающих колебаний - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ - КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Задачи урока: рассмотреть новый вид колебательной системы — автоколебательную систему; изучить свойства автоколебаний; изучить генератор незатухающих колебаний.

План урока

Этапы урока	Время, мин	Приёмы и методы
I. Повторение изученного материала II. Изучение нового материала: понятие об автоколебательной системе, принцип работы клапана, устройство и принцип работы генератора на транзисторе III. Подведение итогов. Домашнее задание	10 25 7—10	Решение задач. Фронтальный опрос Рассказ учителя. Демонстрации. Работа с учебником. Записи в тетрадях. Беседа Повторение. Выделение главного

Урок проводят и после изучения переменного тока (см. учебник), однако все три вида колебаний можно рассмотреть вместе.

I. Повторяют домашние задачи, фронтально — основные представления об электромагнитных колебаниях и средствах их описания. Письменно один из школьников решает задачу.

Сколько колебаний произойдёт в контуре за время, равное 2 с, если ёмкость конденсатора равна 4800 пФ, а индуктивность катушки равна 1 мкГн?

II. Новый материал достаточно сложный и объёмный, поэтому следует точно выстроить логику его изучения. При первом прочтении дать материал кратко.

1. В реальном колебательном контуре электромагнитные колебания всегда и достаточно быстро затухают. Во-первых, потому что всегда есть активное сопротивление и постоянно идёт превращение части энергии электромагнитного поля во внутреннюю энергию. А это безвозвратная потеря энергии. Во-вторых, обычно в колебательном контуре за время, равное 1 с, происходит много колебаний, и поэтому запасённая энергия быстро теряется. Но на практике важно иметь постоянные колебания. Как быть? Так формулируется учебная проблема урока.

2. Для получения длительных во времени колебаний колебательную систему расширяют, включая в неё источник тока (источник энергии) и специальный клапан (рис. 4.27 учебника). Клапан нужен для того, чтобы быстро и вовремя сообщать энергию в колебательный контур. Внешнее управление для этого не годится: например, не получится включать и выключать ключ. Используют внутреннее управление: сам колебательный контур периодически включает и выключает клапан. Такой механизм управления называют положительной обратной связью. (О роли положительной обратной связи в природе можно подготовить реферат.)

3. В качестве ключа используют так называемый генератор на транзисторе (рис. 4.25, 4.26 учебника). Катушка L_св связи включена так, что в первую часть периода при возрастании тока в катушке L, а значит, и в катушке L_св на базе транзистора оказывается потенциал, отпирающий транзистор. При этом ток от батареи поддерживает ток в колебательном контуре, т. е. в контур сообщается энергия. Так продолжается полпериода колебаний. Во вторую часть периода транзистор заперт. (Схема цепи дана на рисунке 56.) Резисторы R1 и R2 специально подбирают. Колебания звуковой частоты можно регистрировать и с помощью гальванометра в цепи контура; подробнее см.: ФЭ-2, с. 51.

Опыты ставят после рассмотрения принципиальной схемы генератора по учебнику (рисунок может быть дан на доске), для выявления в экспериментах свойств автоколебаний используется беседа. Примерные вопросы: как доказать, что частота автоколебаний зависит от параметров колебательного контура? (Ответ. Изменять индуктивность и ёмкость контура.) От чего зависит амплитуда колебаний? (Ответ. От активного сопротивления контура, от ЭДС источника тока, от эффективности обратной связи.) Зависит ли она от источника энергии и от характера обратной связи? (Ответ. Да.)

Выводы. Колебательная система, которая способна поддерживать свои колебания с постоянной амплитудой, называется автоколебательной системой. Можно выделить следующие основные свойства автоколебаний: а) колебания существуют относительно долго, пока есть энергия в источнике тока; б) частота автоколебаний равна частоте собственных колебаний контура; в) амплитуда электромагнитных колебаний в контуре зависит от напряжения источника тока, активного сопротивления контура, вида обратной связи. Автоколебания в отличие от свободных колебаний являются вынужденными колебаниями.

III. Вопросы для повторения: чем отличаются автоколебания от свободных и вынужденных электромагнитных колебаний? Какой элемент цепи (см. рис. 4.26 учебника) обеспечивает обратную связь? Какой элемент цепи используется как клапан? Что будет происходить, если катушку L_св снять с сердечника? (Теоретический ответ по схеме и опыт.) От чего зависят частота и амплитуда автоколебаний? Является ли колебательный контур в автоколебательной системе замкнутой системой? Сохраняется ли в нём энергия? Предположите, что произойдёт с колебаниями, если ключ разомкнуть (см. рис. 56). (При обобщении знаний используется таблица 14.)

Таблица 14

Электромагнитные колебания

Домашнее задание: § 25; упр. на с. 85 (2).