Xem mẫu
- DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ
I / MỤC TIÊU :
Hiểu cấu tạo của mạch dao động LC và khái niệm dao động điện từ.
Thiết lập của công thức về dao động điện từ riêng của mạch LC (các biểu
thức phụ thuộc thời gian của điện tích, cường độ dòng điện, hiệu điện thế,
năng lượng điện từ)
Hiểu nguyên nhân làm tắt dần dao động và nguyên tắc tạo ra dao động duy
trì.
Hiểu sự tương tự điện cơ.
II / CHUẨN BỊ :
1 / Giáo viên :
Vẽ trên giấy khổ lớn Hình 29.1b và hình minh họa dao động điện từ tắt dần
(hình 29.5 SGK)
2 / Học sinh :
Ôn lại dao động cơ học ( Dao động cơ học, dao động tắt dần, dao động duy trì ).
- Ôn lại định luật Ôm cho các loại mạch điện, năng l ượng tụ điện tích điện ( năng
lượng điện trường) và năng lượng ống dây có dòng điện (năng lượng từ trường )
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC :
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Hoạt động 1 :
HS : Điện trường. GV : Khi một tụ điện tích điện thì nó
năng lượng gì ?
HS : Từ trường. GV : Khi một cuộn cảm mang dòng
điện thì nó tích lũy năng lượng gì ?
HS : Là mạch điện khép kín gồm một tụ GV : Quan sát hình 29.1a và nêu định
điện có điện dung C và một cuộn dây nghĩa mạch dao động ?
thuần cảm có độ tự cảm L.
GV : Nếu ban đầu ta tích điện cho tụ
HS : Hiệu điện thế điện C thì trong mạch giữa hai bản tụ
điện xuất hiện cái gì ?
HS : Tụ điện sẽ phóng điện và tạo nên GV : Khi nối tụ điện với cuộn dây L
dòng điện. thì xuất hiện tượng gì ?
HS : Biến thiên tuần hoàn. GV : Dòng điện này có đặc điểm gì ?
HS : Biến thiên tuần hoàn. GV : Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn
dây và giữ hai bản tụ điện có đặc điểm
- gì ?
Hoạt động 2 :
dq
HS : i = =q’
dt
GV : Em hãy cho biết biểu thức cường
độ dòng điện qua mạch ?
di
HS : e = L
dt
GV : Em hãy cho biết biểu thức suất
HS : uAB = e – r.i = e
điện động tự cảm ?
GV : Em hãy cho biết biểu thức hiệu
q
HS : uAB =
c
điện thế ở hai đầu đoạn mạch ?
1
HS : q” + .q = 0 GV : Em hãy cho biết biểu thức hiệu
LC
điện thế ở hai đầu tụ điện ?
GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi để
HS : q = qocos( t + )
dẫn tới phương trình vi phân bậc 2 ?
GV : Giới thiệu nghiệm của phương
HS : Nêu định nghia dao động diện từ ?
trình vi phân bậc 2 ?
2
HS : T = và f =
2 LC
GV : Dao động diện từ là gì ?
1 1
GV : Viết công thức chu kỳ và tần số
T 2 LC
dao động riêng của dao động điện từ tự
Hoạt động 3 :
do của mạch dao động LC ?
2
1 q 2 qo
cos2 ( t + )
HS : W C =
GV : Em hãy cho biết biểu thức năng
2 C 2C
lượng điện trường ( WC ) tích lũy trong
- tụ điện được xác định như thế nào ?
2
1 2 qo
sin2( t + )
HS : W L = Li
2 2C
GV : Em hãy cho biết biểu thức năng
2
qo
HS : W = W C + W L = =const lượng từ trường ( WL ) tích lũy trong
2C
cuộn cảm được xác định như thế nào ?
HS : Trong quá trình dao động điện từ,
GV : Em hãy cho biết biểu thức năng
có sự chuyển đổi từ năng lượng điện
lượng điện từ của mạch dao động ?
trường thành năng lượng từ trường và
ngược lại, nhưng tổng của chúng thì
GV : Nêu nhận xét ?
không đổi.
Hoạt động 4 :
GV : Dao động điện từ tắt dần là gì ?
HS : Nêu kết luận.
GV : Dao động điện từ duy trì là gì ?
HS : Nêu kết luận
Hoạt động 5 :
GV : GV hướng dẫn cho HS thấy
HS : Phương trình vi phân
những đặc điểm giống nhau giữa dao
HS : Tần số góc
động điện từ và dao động cơ học (GV
HS : Phương trình dao động điều hòa
hướng dẫn HS lập bảng so sánh như ở
HS : Phương trình vận tốc
SGK).
HS : Năng lượng
IV / NỘI DUNG :
1. Dao động điện trong mạch LC.
- Mạch LC gồm một tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp với một cuộn dây
thuần cảm có độ tự cảm L thành một mạch điện kín. Mạch LC còn được gọi
là mạch dao động.
Muốn cho mạch dao động hoạt động, ta tích điện cho tụ điện rồi cho nó
phóng điện trong mạch, tạo nên dòng điện có cường độ biến thiên tuần
hoàn trong mạch, hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện và giữa 2 đầu cuộn
cảm biến đổi tuần hoàn. Quá trình này gọi là dao động điện.
2. Khảo sát định lượng dao động điện trong mạch dao động C.
Chọn chiều dương trong mạch là chiều đi qua cuộn cảm từ B đến A nh ư
hình vẽ. Nếu dòng điện chạy theo chiều đó thì cường độ i > 0 , nếu đi theo chiều
ngược lại thì i < 0.
Ta có : i = q’
Dòng điện i chạy trong cuộn cảm sinh ra suất điện động tự cảm :
di
e = -L (1)
dt
Theo định luật Ôm :
{r = 0 vì cuộn dây thuần cảm
uAB = e – r.i
di
=> uAB = e = -L (2)
dt
Mặt khác, uAB cũng là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện, nên ta có :
q
uAB = (3)
c
Từ (1), (2) và (3), suy ra :
- q di
= -L = -Lq”
c dt
1
=> q” + .q = 0 (4)
LC
Pt (4) có nghiệm : q = qocos( t + )
Vậy điện tích của bản A biến đổi điều hòa theo thời gian với tần số góc =
1
LC
Cường độ dòng điện chạy trong cuộn cảm và hiệu điện thế uAB giữa hai bản
tụ điện cũng biến đổi điều hòa theo thời gian với cùng tần số góc :
i = q’ = - qosin( t + )
q qo
cos( t + )
uAB =
CC
Nếu trong quá trình xảy ra dao động không có tác dụng điện từ bên ngoài
lên mạch LC thì dao động đó là dao động điện tự do (dao động riêng) của
mạch dao động LC.
Sự biến thiên tuần hoàn của điện trường giữa hai bản tụ và từ trường trong
cuộn cảm trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ.
Chu kỳ và tần số dao động riêng của dao động điện từ tự do của mạch dao
động LC là :
2 1 1
T= 2 LC và f =
T 2 LC
3. Năng lượng điện từ của mạch dao động LC
- Trong quá trình dao động điện từ, năng lượng điện từ (năng lượng toàn
phần) của mạch dao động là tổng năng lượng điện trường tích lũy trong tụ
điện (WC) và năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn cảm (WL)
2
1 q 2 qo
cos2 ( t + )
WC =
2 C 2C
2
1 2 qo
sin2( t + )
WL = Li
2 2C
Năng lượng điện từ :
2
qo
W = WC + WL = =const
2C
Vậy : trong quá trình dao động điện từ, có sự chuyển đổi từ năng lượng điện
trường thành năng lượng từ trường và ngược lại, nhưng tổng của chúng thì không
đổi.
4. Dao động điện từ tắt dần :
Dao động điện từ tắt dần trong mạch dao động LC là : dao động điện từ có
các biên độ dao động của điện tích, của cường độ dòng điện và của hiệu
điện thế giảm dần theo thời gian.
Nguyên nhân là do trong thực tế, các mạch dao động LC đều có điện trở R
nên trong mạch luôn có nhiệt lượng tỏa ra làm năng lượng toàn phần bị
giảm liên tục.
5. Dao động điện từ duy trì :
Dao động điện từ duy trì là dao động điện từ của mạch dao động đã được
bù đắp năng lượng để nó không bị tắt dần.
- Cách phổ biến để tạo ra dao động điện từ duy trì là dùng mạch tranzito.
Máy tạo ra dao động duy trì còn gọi là máy phát dao động dùng tranzito.
V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ :
Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1,
nguon tai.lieu . vn
