Урок № 19 Поурочный конспект по физике
Урок № 18 Поурочный конспект по физике
Группа 18 Дата 11.11.21
Тема урока: Переменный электрический ток. Действующие значения силы тока и напряжения Цель урока: сформировать представление о процессах, происходящих в колебательном контуре; установить закономерности.
Задачи урока: образовательная: сформировать у учащихся представление о переменном токе, рассмотреть основные особенности действующих значений силы тока и напряжения;
развивающая: развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, выделять главное.
воспитательная: привить уважение к науке, воспитывать чувство требовательности к себе, дисциплинированности, расширить рамки окружающего мира учащихся.
I. Проверка домашнего задания.
· Какие колебания называются электромагнитными?
· В каком устройстве создаются электромагнитные колебания?
· Из каких частей состоит колебательный контур?
· От каких величин зависит частота и период колебаний в контуре?
· Как будут меняться колебания в реальном контуре с течением времени?
· Что приводит к затуханию колебаний?
II. Новый материал.
|
|
|
Переменный ток. В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.
Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Всё электрооборудование включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток.
Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления ЭМ индукции.
Переменный ток имеет преимущество перед постоянным: напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.
Электрический ток, изменяющийся во времени по величине и направлению, называют переменным.
Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.
|
|
|
Простейшей моделью такого генератора служит проволочный виток, который вращается в однородном магнитном поле.
Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции: Ф = BS cos α
При равномерном вращении рамки α увеличивается прямо пропорционально времени: α = ωt,
где 
— угловая скорость вращения рамки.
Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону: Ф = BS cos ωt
Здесь величина ω играет уже роль циклической частоты.
Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени: Ф = B∙S∙cos α = B∙S∙cos ωt
ε= – Ф` = – B∙S∙(cos ωt)` = B∙S∙ω∙sin ωt = ε m ∙sin ωt,
где ε m = B∙S∙ω – амплитуда ЭДС индукции.
Если к рамке подключить колебательный контур, то угловая скорость ω вращения рамки определит частоту ω колебаний значений ε, U на paзличныx участках цепи и силы тока.
|
|
|
Вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:
u = Um ∙ sin ωt или u = Um cos ωt
где Um— амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.
Если напряжение меняется с циклической частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле: i = Im ∙ sin (ω t + φ c )
Здесь Im - амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φc — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.
В промышленных цепях переменного тока сила тока и напряжение меняются гармонически с частотой v = 50 Гц. Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на 
электростанциях.
Рассмотрим принцип действия генератора: возьмем рамку, состоящую из n витков, и соединим ее с гальванометром с помощью колец и скользящих по ним контактов (щеток). Когда рамка вращается в магнитном поле постоянного магнита, то стрелка гальванометра совершает колебания около положения равновесия. Это означает, что в цепи появился переменный ток. Этот опыт моделирует работу генератора переменного тока.
|
|
|
Активное сопротивление
Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора.Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников - они нагреваются. Если напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону: u = Um соs ωt, то
мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома: i= 
= 
= Im ∙со s ω t , из этой формулы следует, что колебания силы тока на резисторе совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Амплитуда силы тока определяется равенством: Im = 
3.Мощность в цепи с резистором
В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются сравнительно быстро. Поэтому при прохождении тока по проводнику, количество выделенной энергии будет быстро меняться со временем. Чтобы узнать среднюю мощность тока на участке цепи за большой промежуток времени, включающий много периодов, достаточно найти среднюю мощность за один период. Под средней за период, мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии , поступающей в цепь за период, к периоду.
Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой
P = I2R.
На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать практически постоянным. Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой P = i2R
Среднее значение мощности за период P = 
График зависимости мгновенной мощности от времени изображен на рисунке.
Приравниваем выражения для средней мощности переменного тока и мощности постоянного тока:
= I2R.
Выразим силу тока I = 
, эта величина действующее значение силы переменного тока.
Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который выделяет в проводнике ту же мощность, что и переменный ток за то же время.
Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: U= 
, - это величина действующее значение напряжения переменного тока.
Действующее значение напряжения в осветительной сети равно 220 В, а амплитудное значение напряжения при этом составляет 220В* 
=311В
С учетом предыдущих формул выразим среднюю мощность переменного тока: Рср = I2R= IU
Амперметры и вольтметры переменного тока обычно градуируют по действующим значениям силы тока и напряжения.
Ⅲ.Закрепление и обобщение нового материала.
1.Что представляет собой переменный электрический ток?
2. на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?
3. Чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?
4. Как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?
5. как определяется мощность в цепи переменного тока?
Решение задачи:
VI. Домашнее задание:
§21-22 изучить, 20- разобрать решение задач, вып.з1,2 стр.84
Урок № 19 Поурочный конспект по физике
Группа 18 Дата 11.11.21
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 29; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!