Урок решения задач по физике в 11 классе по теме «Графики переменного тока»

Тип урока: комплексного применения знаний и способов деятельности.

Цели урока: организовать деятельность учащихся по комплексному применению знаний: (формул, описывающих процессы в колебательном контуре) и способов деятельности: нахождения характеристик гармонических колебаний по уравнению и графику гармонических колебаний, построения графиков гармонических колебаний силы тока, напряжения, ЭДС, расчета параметров колебательного контура;

создать условия для развития мышления, внимания, памяти, навыков самостоятельной работы, грамотной речи;

применить дифференцированный подход в обучении.

воспитывать культуру умственного труда, аккуратность, культуру общения, взаимопомощь учащихся.

Оборудование: карточки с физическим диктантом на одного ученика, опорная схема урока на каждую пару, карточки с разноуровневой самостоятельной работой.

Ход урока:

1. Организационный этап.

Оцените свои ощущения на начало урока по шкале (Приложение № 1)

2.      Этап проверки домашнего задания.

Дифференцированный опрос: на «3» - диктант по карточкам (Приложение №2), на «4 и 5» - вывод формул: 1) связь колебаний силы тока и напряжения в цепи с катушкой (с конденсатором) 2) формула индуктивного (емкостного) сопротивления. На «4»- одна формула, на «5»- обе.

Ученики сдают свои ответы на вопросы диктанта. Быстрая проверка диктанта: учитель раздает на каждую парту опорную схему урока (см. Приложение №3). Ученики сравнивают свои ответы с верными.

3.Этап актуализации опорных знаний:

Фронтальная беседа по вопросам:

1. Какие колебания называются гармоническими?

2. Какие величины изменяются по гармоническому закону в цепи переменного тока? (Сила тока, напряжение, ЭДС, заряд)

3. Назовите все величины в уравнениях гармонических колебаний силы тока, напряжения, заряда и ЭДС.

4.      Этап применения знаний на практике:

I Решение задач на чтение графика гармонических колебаний.

1)      Фронтальное решение задачи. По графику, изображенному на рисунке, определите амплитуду ЭДС, период тока и частоту. Запишите уравнение гармонических колебаний ЭДС. (* Запишите уравнение гармонических колебаний по косинусу)

 (Рисунок 1)

 ε_m  = 90 В , T = 0,4 c,  ν = 2,5 Гц,  ω = 5 π Гц, е = 90 sin 5 π t  *(e=90 cos (5pt -)

2)                       Фронтальное решение задачи (устно):

По графику колебаний напряжения определите амплитуду, период и частоту колебаний. Запишите уравнение гармонических колебаний напряжения. (* Запишите уравнение гармонических колебаний по косинусу)

 (Рисунок 2)

(U_m = 150 B, T = 0,08 c, ν = 12,5 Гц, ω = 25 π Гц, u = 150 sin 25 π t)

(*u = U_mcos(25pt - p/2))

II Решение задач на чтение уравнения гармонических колебаний.

3)            Фронтальное решение задачи. Ток в колебательном контуре изменяется со временем по закону i = 0,01 cos 100 π t. а) Определите амплитуду, период и частоту колебаний силы тока. Чему равна фаза колебаний?

( I_м = 0,01 А,  φ = 100 πt,  ω = 100 π Гц, ν = 50 Гц, T = 0,02 c)

б) Найдите значение силы тока через 0,01 с (i = 0,01 cos 100 π  0,01 = 0,01 cosπ = - 0.01 А).

4)            Фронтальное решение задачи устно.

Напряжение в колебательном контуре изменяется по закону: u = 220 cos (200 π t + π / 3)

а) Определите амплитуду, фазу, начальную фазу, период и частоту колебаний напряжения.

( U_м = 220 B, φ = 200 πt + π/3, φ₀ = π/3, ω = 200 π Гц,  ν = 100 Гц,  T = 0,01 c)

III Решение задач на построение графика гармонических колебаний

5)            Фронтальное решение задачи.

А) Построить график гармонических колебаний напряжения
u = 220 cos 200 π t

График функции u = 220 cos 200 π t

 (Рисунок 3)

Б) Как построить график уравнения: u = 220 cos (200 π t + π / 3)

(осуществить сдвиг графика исходной функции на π/3 влево; если π выбрано 3 клетки, то на 1 клетку влево.)

В) Как построить график функции u = 220 cos (200 π t -) ?

Графики функций u= 220 cos 200 π t, u = 220 cos (200 π t +)

 (Рисунок 4)

В) Как найти индуктивное сопротивление катушки колебательного контура, если индуктивность катушки 0,01 Гн?

( X _L = 2 π ν L,  X _L = 2*3,14*100 Гц *0,01 = 6,28 Ом)

Аналогично по заданной электроемкости конденсатора можно рассчитать емкостное сопротивление конденсатора.

5.      Самостоятельная работа по вариантам. (Приложение №4)

6.      Этап коррекции знаний и способов деятельности.
Учащиеся сверяют свои решения с правильными. (Приложение №5)

7.      Информация о домашнем задании: повторить параграфы 37-43

8.      Итог урока. Чему мы научились на этом уроке?

9.Рефлексия.
Оцените свои ощущения на начало урока по шкале (Приложение № 1)

Приложение №1

Шкала для проведения рефлексии.

Фамилия, имя

Ваше настроение на начало урока. Оцените крестиком (плюсиком) в таблице слева ваши ощущения, настроение на начало урока. Оцените крестиком (плюсиком) в таблице справа ваши ощущения, настроение на конец урока.

Приложение № 2

Физический диктант.

Вариант 1.

1.Дайте определение колебательного контура. Начертите его схему.

2.В каких единицах измеряется частота переменного тока? Циклическая (круговая) частота?

3.Уравнение гармонических колебаний заряда.

4.Формула связи периода и частоты колебаний.

5.Формула индуктивного сопротивления.

6.Формула Томсона (период колебаний в колебательном контуре)

7.Связь колебаний силы тока и напряжения в цепи с резистором.

8.Формула резонансной частоты в колебательном контуре

9.Уравнение гармонических колебаний напряжения.

10.        Формула полного сопротивления колебательного контура

Вариант 2

1.            Дайте определение генератора переменного тока. Из каких составных частей он состоит?

2.            В каких единицах измеряется напряжение? ЭДС?

3.            Уравнение гармонических колебаний силы тока.

4.            Формула связи частоты (или периода) с циклической частотой колебаний.

5.            Формула емкостного сопротивления.

6.            Формула связи действующего и амплитудного значения силы переменного тока.

7.            Связь колебаний силы тока и напряжения  в цепи с конденсатором

8.            Чему равна средняя мощность переменного тока за период в цепи с конденсатором?

9.            Уравнение гармонических колебаний ЭДС

10.        Связь колебаний силы тока и напряжения в цепи с катушкой.

Приложение №3.

Опорный конспект урока.

1. Рефлексия. Оцените свои ощущения на начало урока по шкале.

2.Физический диктант. / вывод формул

Сравните свои ответы с правильными.

Вариант 1.

1.            Дайте определение колебательного контура. (Цепь, состоящая из последовательно соединенных катушки  и конденсатора.)

2.             В каких единицах измеряется частота, циклическая (круговая) частота? (Гц, Герц)

3.            Уравнение гармонических колебаний заряда. (q = q_m cos (wt + j₀))

4.            Формула связи периода и частоты колебаний. (T = )

5.            Формула индуктивного сопротивления. (Х_L = w L = 2 πνL)

6.            Формула Томсона (период колебаний в колебательном контуре) (T = 2 π )

7.            Связь колебаний силы тока и напряжения в цепи с резистором ( совпадают по фазе)

8.            Формула резонансной частоты в колебательном контуре ()

9.            Уравнение гармонических колебаний напряжения. ( u = U_m cos (w t +j₀))

10.        Формула полного сопротивления колебательного контура. ( Z = )

Вариант 2.

1.      Дайте определение генератора переменного тока. Из каких составных частей он состоит? (Устройство, которое преобразует механическую энергию вращательного движения в электрическую энергию за счет явления электромагнитной индукции. Состоит из статора и ротора; из магнита и обмоток)

2.      В каких единицах измеряется напряжение? ЭДС (В, Вольт)

3.      Уравнение гармонических колебаний силы тока ( i = I _m sin (w t +j₀)  )

4.      Формула связи частоты (или периода) с циклической частотой колебаний. (ω = 2πν)

5.      Формула емкостного сопротивления. (X _c =  )

6.            Формула связи действующего и амплитудного значения силы переменного тока. (I_m = I , I =  )

7.             Связь колебаний силы тока и напряжения в цепи с конденсатором
( колебания силы тока опережают колебания напряжения на π / 2 )

8.            Чему равна средняя мощность переменного тока за период в цепи с конденсатором?(0)

9.            Уравнение гармонических колебаний ЭДС. ( е = ε_m sin (ωt +j₀))

10.        Cвязь колебаний силы тока и напряжения в цепи с катушкой. ( колебания силы тока в катушке отстают по фазе на π / 2 от колебаний напряжения)

3.Фронтальное решение задач.

I  Решение задач на чтение графика гармонических колебаний.

1)                       Фронтальное решение задачи. По графику, изображенному на рисунке, определите амплитуду ЭДС, период тока и частоту. Запишите уравнение гармонических колебаний ЭДС. (* Запишите уравнение гармонических колебаний по косинусу)

(Рисунок 1)

2) Фронтальное решение задачи. По графику колебаний напряжения определите амплитуду, период и частоту колебаний. Запишите уравнение гармонических колебаний напряжения. (* Запишите уравнение гармонических колебаний по косинусу)

(Рисунок 2)

II Решение задач на чтение уравнения гармонических колебаний.

6)                       Фронтальное решение задачи. Ток в колебательном контуре изменяется со временем по закону i = 0,01 cos 100 π t.

а) Определите амплитуду, период и частоту колебаний силы тока. Чему равна фаза колебаний? б) Найдите значение силы тока через 0,01 с

7)                        Фронтальное решение задачи устно. Напряжение в колебательном контуре изменяется по закону: u = 220 cos (200 π t +)

а) Определите амплитуду, фазу, начальную фазу, период и частоту колебаний напряжения. III Решение задач на построение графика гармонических колебаний

8)                       Фронтальное решение задачи.

А) Построить график гармонических колебаний напряжения u = 220 cos 200 π t

Б) Как построить график уравнения: u = 220 cos (200 π t + )

В) Как найти индуктивное сопротивление катушки  индуктивностью 0,01 Гн в данном колебательном контуре?

4. Самостоятельная работа разноуровневая.

5. Информация о домашнем задании. Повторить параграфы 36-43, решить другой вариант самостоятельной работы.

6. Рефлексия.

Оцените свои ощущения на конец урока по шкале.

Приложение №4

Разноуровневая самостоятельная работа.

Удовлетворительный вариант.

1.                       По графику, изображенному на рисунке, определите амплитуду ЭДС, период тока, частоту и циклическую частоту. Запишите уравнение гармонических колебаний ЭДС.

 (Рисунок 5)

2.Уравнение гармонических колебаний силы переменного тока имеет вид:
 i = 0,5 sin 50 π t. Определите амплитуду силы тока, фазу колебаний, циклическую частоту, частоту и период колебаний силы тока. Постройте график гармонических колебаний силы тока.

Хороший вариант.

1.                       По графику, изображенному на рисунке, определите А) амплитуду силы тока, период и частоту колебаний. Б) Запишите уравнение гармонических колебаний силы тока.
В) Найдите значение силы тока через 8 с.

 (Рисунок 6)

2.                       Напряжение в колебательном контуре изменяется по закону: u = 100 cos (30 π t + ). А) Постройте график гармонических колебаний напряжения. Б) Найдите индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,01 Гн в данном колебательном контуре.

Отличный вариант.

1.По графику, изображенному на рисунке, А) определите амплитуду, период и частоту тока. Б) Запишите уравнение гармонических колебаний напряжения по законам синуса и косинуса.

(Рисунок 7)

2.                       Уравнение гармонических колебаний силы тока имеет вид: i = 4 sin (1000 π t + ). А) Постройте график гармонических колебаний силы тока. Б) Найдите отношение индуктивного сопротивления катушки к емкостному сопротивлению конденсатора в данном колебательном контуре, если индуктивность катушки 0,01 Гн, а емкость конденсатора 10 мкФ.