Переменный ток урок 11 класс – Конспект урока «Переменный электрический ток». 11 класс

Содержание

План-конспект урока по физике (11 класс) на тему: Переменный ток 11 класс

Урок 23.«Переменный электрический ток». Физика 11.

Цели урока:

Образовательная: Сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

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 как силе, преобразующей общество и человека на основе инновационных технологий. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

Тип урока: усвоение новых знаний на основе изученного ранее материала.

Оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор,

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

— каким образом можно получить переменную ЭДС и

— какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока,

— в чём разница между действующими и амплитудными значениями тока и напряжения.

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

2.Актуализация опорных знаний

Он всем несет тепло и свет

Щедрей его на свете нет!

К поселкам, селам, городам

Приходит он по проводам! (электрический ток)

Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала:

1. Что называют электрическим током?

2. Какой ток называют постоянным?

3. Какая связь существует между переменными электрическим и магнитным полями?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

5. Какие электромагнитные колебания называются вынужденными?

6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

3.Объяснение нового материала.

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. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. Вы будущие технологи и на практике увидите множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка…

Слайд 4

Всё это оборудование и многое другое 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 электромагнитной индукции.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным:

напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток?

Слайд 5

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока.

Рассмотрим принцип действия генератора:

Слайд 6

На этом слайде мы с вами увидели, что переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС.

Слайд 7

Слайд 8

На рисунке представлена простейшая схема генератора переменного тока.

Историческая справка (сообщение учащегося)

Более подробно устройство генераторы мы с вами изучим на следующих уроках.

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

Слайд 14

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

— что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

— на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

— чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

— как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

— как определяется мощность в цепи переменного тока?

Выполнение тестового задания с последующей самопроверкой)

Слайд 15

Решение задачи

Слайд 16, 17

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

Слайд 18

7.Задание на дом: § 31

Подготовить рефераты на темы:

1. «Новые современные типы генераторов»

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

nsportal.ru

Разработка урока «Переменный ток» 11 класс

Переменный

электрический ток

Вынужденные электромагнитные колебания –

переменный ток

Переменное напряжение на концах цепи создается

генераторами на электростанциях

Переменный ток –ток, периодически меняющийся по величине и направлению.

Гармонические изменения

основных физических величин в генераторе

изменение потока

магнитной индукции ,

изменение ЭДС индукции

изменение напряжения

изменение силы тока

Действующее значение переменного тока и напряжения

Действующее значение переменного тока численно равно такому постоянному току, при котором за время равное одному периоду в проводнике с сопротивлением R выделяется такое же количество тепловой энергии, как и при переменном токе.

НАГРУЗКА В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

РЕАКТИВНАЯ

АКТИВНАЯ

Емкостная

Индуктивная

№

Задания

Тип сопротивления

Упрощенная схема включения в цепь

Активное

Пропускная

Индуктивное

Емкостное

способность сопротивлений

Формула

Графики колебаний

Мгновенное

Их пояснение

Значение

силы тока и напряжения

а)напряжения

б)силы тока

Активное сопротивление в цепи переменного тока

Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями.

15 Ом

Резистор в цепи переменного тока

Схема включения

R – активное сопротивление

I д =

U д

Действующее и амплитудное значение силы тока на R

Напряжение и сила тока в резисторе совпадают по фазе в любой момент времени

Емкостное сопротивление

Емкостное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току электрической емкостью

Конденсатор в цепи переменного тока

u = U m cos ωt

Схема включения

U m cos ωt

Ёмкостное сопротивление

u i

T= 2 π/ω

U m

I m

T/2

U m

-I m

-U m

Сила тока через конденсатор опережает напряжение на нем на π/2

Индуктивное сопротивление

Индуктивное сопротивление- величина, характеризующее сопротивление, оказываемое переменному току индуктивностью цепи

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

u = U m cos ωt

Схема включения

U m cos ωt

Индуктивное сопротивление

u i

T= 2 π/ω

U m

I m

T/2

-I m

I m

Колебания силы тока в катушке индуктивности отстают по фазе на π/2 от колебаний напряжения на ней

№

Задания

Тип сопротивления

Активное

Упрощенная схема включения в цепь

Пропускная

Индуктивное

способность сопротивлений

Пропускает постоянный и переменный ток

Емкостное

Формула

Пропускает постоянный и переменный ток

Мгновенное

Значение

Пропускает переменный ток и не пропускает постоянный

а)напряжения

u=Umcosωt

б)силы тока

u=Umcosωt

i= Imcosωt

u=Umcosωt

i=Imcos(ωt- ½π )

i=Imcos(ωt+½π)

№

Задания

Тип сопротивления

Активное

Графики колебаний

силы тока и напряжения

Индуктивное

Емкостное

Колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе

Колебания силы тока отстают на ½π

Их пояснение

Колебания силы тока опережают колебания напряжения на ½π

multiurok.ru

Разработка урока «Переменный электрический ток» (11 класс)

КОНСТРУКТ УРОКА

Тема урока: Переменный электрический ток

Класс: 11

Тип урока: урок открытия новых знаний

Цели урока:

Познавательные: сформировать у учащихся понятия о переменном токе как о вынужденных электрических колебаниях; ознакомить с принципом получения переменного тока и его практической реализация закрепить правила безопасности;

Коммуникативные:

Личностные: развивать аккуратность, культуру речи.

Планируемый результат:

Личностные: Продолжить воспитание коммуникативных способностей, правил работы с электроприборами.

Метапредметные: Продолжить развитие умения сравнивать, анализировать, работать с текстом учебника и справочником.

Предметные: Сформировать понятия электрический ток, как вынужденные электромагнитные колебания, индукционный генератор переменного тока, научить находить мгновенные значения ЭДС, тока и напряжения исходя из графиков или уравнений.

Основные виды деятельности ученика:

Наблюдать осциллограммы гармонических колебаний силы тока в цепи. Формировать ценностное отношение к изучаемым на уроках физики объектам и осваиваемым видам деятельности.

Оборудование: осциллограф, катушка универсальная, штатив, муфта, лапка, провода, зажимы, лампа накаливания (2, 5- 3, 5В), магнит, модель генератора переменного тока, демонстрационный гальванометр, выпрямитель ВС- 24, батарея конденсаторов, магазин сопротивлений, вольтметр, фонарик с генератором «жучок», видеофрагмент по электробезопасности.

Этап урока

Формы работы

Деятельность детей

УУД

I. Мотивационный

Цель этапа: Обеспечение мотивации в восприятии и осмыслении знаний и способов действий, понимании значимости материала.

Знакомство со слайдами 1 и 2 (см. приложение 1), восприятие.

Обсуждение

Включение учащихся в деловой ритм урока. Обсуждение

Регулятивные (планирование последовательных действий, коммуникативные: развитие речевой деятельности)

II. Ориентировочный

Цель этапа: Установление правильности и осознанности усвоения нового материала, постановка цели.

Демонстрация переменного тока с помощью осциллографа.

Работа в парах и обсуждение. Вывод: переменный ток изменяется по направлению и по модулю периодически

Самоопределение:

постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что усвоено и того, что необходимо усвоить.

Работа с учебником, таблицами и мультимедийным учебником. Выводы и обсуждение

Регулятивные: поиск решений

Коммуникативные: развитие речевой деятельности.

III. Исполнительский

Цель этапа: Открытие детьми новых знаний при самостоятельном выполнении заданий.

Индивидуальная.

Групповая

Дифференцирование по интересам.

Познавательные:

выделение необходимой информации.

Коммуникативные:

вступление в диалог, сотрудничество.

Регулятивные:

планируем работу в группе.

IV. Контрольный

Цель этапа: Выявление качества и уровня овладения новыми знаниями, способами действия. Создание ситуации успеха.

Словарная карта.

Обсуждение.

Самопроверка знаний: проанализировать выполненную работу.

а) Решение задач № 953, 954 (Р)

б) Чтение и обсуждение текста слайда 7.

в) Выполнение теста (см. приложение 2)

Регулятивные

(контроль, коррекция), коммуникативные(развитие речевой деятельности: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли).

Личностные (нравственно- этическое оценивание: формирование ценностей, обеспечивающих личностный моральный выбор).

V. Рефлексивный

Цель этапа: Осмысление своих действий.

Анализ работы.

Фронтальная беседа.

Самооценка результата: понимать и правильно применять освоенные понятия.

Работа со слайдами.

Регулятивные: осознание того, что усвоено.

Личностные: нравственно – этическая оценка.

Инструктаж о выполнении домашнего задания:

Задание.

1 уровень (базовый).

Познакомиться с устройством и принципом действия генератора переменного тока (ссылка http://yandex.ru/video)

2 уровень (повышенный)

Подготовить реферат на тему:

1. «Новые современные типы генераторов»

Дистанционное обучение

Записывают задание в дневник;

Задают вопросы

Регулятивные: Осмысливают д/з, уточняют.

Использованные источники:

«Физика 11» Мякишева Г.Я. 2007 ,Енохович А.Е. Справочник по физике 1990. Сборник задач по физике Рымкевич А.П. 1990

Детская энциклопедия, Т. 5; СД « Уроки Физики Кирилла и Мефодия».

11кл. 2 раздел.

http://sandbox.openclass.ru/node/417472

infourok.ru

Конспект урока «Переменный электрический ток» 11 класс

Тема урока:

«Переменный электрический ток»

Тип урока: изучение и закрепление нового материала.

Цель: знать понятие переменного электрического тока и физические характеристики, описывающие его как физический процесс; уметь применять полученные знания на практике.

Формирование УУД:

Предметные УУД: усвоить понятие переменного электрического тока, как физического процесса; усвоить физические величины, характеризующие переменный электрический ток: частота колебаний, сила тока, амплитуда, период, напряжение, ЭДС, циклическая частота колебаний; называть обозначение физических величин, характеризующих переменный электрический ток и единицы измерения этих физических величин.
Регулятивные УУД: уметь ставить цели изучения материала о переменном электрическом токе на основе соотнесения того, что уже известно об электрическом токе; уметь делать выводы при выполнении заданий, направленных на осмысление материала о переменном электрическом токе; самостоятельно мыслить, выражать свою точку зрения при работе в коллективе; уметь планировать свои действия в соответствии с поставленными задачами, направленными на изучение материала о переменном электрическом токе.
Личностные УУД: осознанно, уважительно и доброжелательно относиться к учителю и другим учащимся, а также при работе с классом; умение проводить самопроверку при выполнении заданий по закреплению материала.
Коммуникативные УУД: уметь определять и формулировать цель на уроке с помощью учителя; уметь слушать и слышать друг друга при участии в диалоге с коллективом.
Познавательные УУД: уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями урока.

Опорные знания: знать понятие «Электрический ток», как физическая величина и как физический процесс; называть характеристики электрического тока: скалярная физическая величина – сила тока и векторная физическая величина – плотность тока; знать условие существования электрического тока; знать определение понятий: электромагнитные колебания, гармонические, свободные, вынужденные колебания, колебательный контур, идеальный колебательный контур; описывать превращения энергии в колебательном контуре; воспроизводить формулы энергии электрического поля, энергии магнитного поля, полной энергии силы тока, периода электромагнитных колебаний.

Оборудование, дидактический материал: учебник Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев «Физика 11 класс», осциллограф, карточки с задачами.

Индивидуальная и фронтальная;

Словесные;

Беседа

Мотивация учащихся на изучение новых знаний

3 мин

Методы стимулирования и мотивации учебно-познавательной деятельности

Создание проблемной ситуации

Изучение нового материала

20 мин

Индивидуальная и фронтальная;

Словесные и практические.

Фронтальная беседа, выполнение демонстрационного опыта.

Закрепление материала

8 мин

Индивидуальная и фронтальная;

Практические и словесные.

Беседа, решение задач

Рефлексия

3 мин

Словесные

Подведение итогов

Домашнее задание

1 мин

Словесные

Наглядные

Запись домашнего задания

ХОД УРОКА

1.Организационный момент.

Приветствие, проверка готовности класса к уроку.

2.Актуализация опорных знаний.

Сегодня мы продолжим изучать электромагнитные колебания. Давайте вспомним, что мы изучали на прошлых уроках.

Какие колебания называются электромагнитными?

Ответ учащихся: Электромагнитными колебаниями называются периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, сопровождающиеся взаимными превращениями энергии электрического и магнитного полей.

Что называется колебательным контуром? Что называется идеальным колебательным контуром?

Ответ учащихся: Замкнутая электрическая цепь, состоящая из конденсатора емкости (С) и катушки индуктивности (L), называется колебательным контуром. Если сопротивление проводов равно 0, то контур называется идеальным.

Какие колебания называются гармоническими?

Ответ учащихся: Периодические изменения физической величины, происходящие по закону синуса или косинуса в зависимости от времени, называются гармоническими колебаниями.

Какие колебания называют свободными?

Ответ учащихся: Свободными колебаниями, называют колебания в системе, которые возникают после выведения ее из положения равновесия.

Какие колебания называют вынужденными?

Ответ учащихся: Вынужденными колебаниями называют колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.

Что такое собственная циклическая частота колебательной системы?

Ответ учащихся: Величина ω=2πν, равная числу колебаний за 2π секунд, называется собственной циклической частотой.

Что называется периодом колебаний?

Ответ учащихся: Период колебаний – это время, в течение которого совершается одно полное колебание.

Что называется амплитудой колебаний?

Ответ учащихся: Наибольшее значение колеблющейся величины называется амплитудой колебаний.

Что такое фаза колебаний?

Ответ учащихся: Аргумент косинуса или синуса в уравнении φ=(ω₀t+ φ₀) называется фазой колебаний.

Запишите формулу расчета энергии электрического поля. Назовите величины, которые входят в данную формулу.

Ответ учащихся: , где W — энергия электрического поля, С — электроемкость конденсатора, q- величина заряда.

Запишите формулу, по которой рассчитывается энергия магнитного поля. Назовите величины, которые входят в данную формулу.

Ответ учащихся: , где W — энергия магнитного поля, L -индуктивность проводника, — сила тока.

Запишите формулу полной энергии.

Ответ учащихся:

Уравнение колебаний груза на пружине имеет вид:

Чему равны амплитуда, циклическая частота и фаза колебаний?

Ответ учащихся: .

3. Мотивация

Ответ учащихся: Электрическую энергию можно превратить в механическую, внутреннюю, энергию света, химическую энергию.

На практике увидите множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются электромясорубка. Приведите примеры оборудования, в которых превращается электрическая энергия.

Ответ учащихся: Оборудования, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии: картофелечистка, овощерезка…

Все это оборудование и многое другое включается в электрическую цепь. Как Вы думаете, какой ток протекает в электрической цепи?

Ответ учащихся: В электрической цепи протекает постоянный электрический ток.

Но, помимо постоянного электрического тока, существует и переменный электрический ток. Именно он протекает в электрической цепи, в которую подключаются все устройства. Давайте сформулируем тему урока.

Ответ учащихся: Переменный электрический ток.

Какова же цель сегодняшнего урока?

Ответ учащихся: Сегодня на уроке мы познакомимся с понятием «переменный электрический ток», а также рассмотрим величины, которые характеризуют его.

3.Объяснение нового материала.

Мы уже знаем, что вынужденными колебаниями называют колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы. С такими колебаниями знаком каждый из Вас, они называются переменный электрический ток.

Переменный электрический ток используемый в быту, а также на заводах, фабриках представляет собой не что иное, как вынужденные электромагнитные колебания. Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону.

Переменный электрический ток – это вынужденные электромагнитные колебания, при которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону.

Колебания напряжения можно легко обнаружиться с помощью осциллографа. Если на вертикально отклоняющиеся пластины осциллографа подать напряжение от сети, то временная развертка на экране будет представлять собой синусоиду. Зная скорость движения луча по экрану в горизонтальном направлении (она определяется частотой пилообразного напряжения), можно определить частоту колебаний (ученик определяет частоту колебаний).

Частота переменного тока – это число колебаний в 1 секунду.

Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в противоположную. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. А Вы знаете, в какой стране частота равна 60 Гц?

Ответ учащихся: В США частота равна 60 Гц.

Если напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, то напряженность электрического поля внутри проводников будет также меняться гармонически. Эти гармонические изменения напряженности поля вызовут гармонические колебания скорости упорядоченного движения заряженных частиц и, следовательно, гармонические колебания силы тока.

Правда, при изменении напряжения на концах цепи электрическое поле не меняется мгновенно во всей цепи. Изменения поля распространяются хотя и с большой, но не бесконечно большой скоростью.

Однако, если время распространения изменений поля в цепи много меньше периода колебаний напряжений, можно сразу считать, что электрическое поле во всей цепи сразу же меняется при изменении напряжения на концах цепи. При этом сила тока в данный момент времени имеет практически одно и то же значение во всех сечениях неразветвленной цепи.

Период колебаний – промежуток времени, в течение которого сила тока (напряжение или ЭДС) совершает полное колебание.

Переменное напряжение в гнездах розетки осветительной сети создается генераторами на электростанции. Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле, можно рассматривать как простейшую модель генераторов переменного тока.

Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции.

При равномерном вращении рамки угол увеличивается прямо пропорционально времени:

Где n – частота вращения. Поэтому поток магнитной индукции меняется гармонически:

Здесь множитель представляет собой число колебаний магнитного потока за с. Это не что иное, как циклическая частота колебаний Следовательно,

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке, равна взятой со знаком «минус» скорости изменения потока магнитной индукции, т.е. производной потока магнитной индукции по времени:

где амплитуда ЭДС индукции.

Мы будем изучать в дальнейшем вынужденные электромагнитные колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с частотой по синусоидальному или косинусоидальному закону:

или

где амплитуда напряжения, т.е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с частотой , то сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока необязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в обще случае сила тока в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле:

Здесь амплитуда силы тока, т.е. максимальное по модулю значение силы тока, а разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

6.Подведение итогов урока.

И так, сегодня на уроке мы познакомились с понятием «Переменный электрический ток». Что же это такое?

Ответ учащихся: Переменный электрический ток – это вынужденные электромагнитные колебания, при которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону.

Какие величины характеризуют переменный электрический ток?

Ответ учащихся: Частота, циклическая частота, период, сила тока, напряжение, ЭДС.

Задача 1. Электростанции России вырабатывают переменный ток частотой 50 Гц. Определите период этого тока.

Задача 2. По графику определите период, частоту и амплитуду колебаний силы тока.

Задача 3. Рамка, имеющая 100 витков, вращается с частотой 15 Гц в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Чему равна площадь рамки, если амплитудное значение возникающей в ней ЭДС 45 В?

Задача 4. В электрической цепи из двух одинаковых конденсаторов емкости С и катушки с индуктивностью L, соединенных последовательно, в начальный момент времени один конденсатор имеет заряд q₀, а второй не заряжен (рис. 2). Как будут изменяться со временем заряды конденсаторов и сила тока в контуре после замыкания ключа К?

7. Рефлексия

(Карточки с вопросами находятся на столе у каждого учащегося).

Что интересного запомнилось Вам на уроке?

Что оказалось для Вас полезным?

Что представляло наибольшую трудность?

Как Вы оцениваете полученные сегодня знания (глубокие, осознанные; предстоит осознать; неосознанные)?

Несколько учеников зачитывают свои ответы. Учитель подводит итоги урока, объявляются отметки учащимся.

8.Задание на дом:

§ 31; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11».прочитать и ответить на вопросы.

Подготовить реферат на тему:

1. «Новые современные типы генераторов»

2. «Оборудование предприятий общественного питания, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

След в тетради.

Тема урока: «Переменный электрический ток»

Переменный электрический ток – это вынужденные электромагнитные колебания, при которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону.

Величины, характеризующие переменный электрический ток:

Единицы измерения

Формулы, описывающие данные величины

Величины, которые входят в данную формулу.

Частота переменного тока ()

Гц (Герц)

n- число колебаний;

t- время колебаний.

Период колебаний (Т)

с (секунда)

-частота переменного тока.

ЭДС индукции (е)

В (Вольт)

Ф — поток магнитной индукции;

В – вектор магнитной индукции;

S – площадь проволочной рамки,

— угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции.

– угловая скорость вращения рамки;

– амплитуда ЭДС индукции.

Напряжение (u)

В (Вольт)

или

амплитуда напряжения, т.е. максимальное по модулю значение напряжения;

– угловая скорость вращения рамки;

t-время.

Сила тока (i)

А (Ампер)

амплитуда силы тока, т.е. максимальное по модулю значение силы тока;

разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

infourok.ru

Переменный электрический ток

«Кто действительно хочет понять все

величие нашего времени, тот должен

познакомиться с историей науки об электричестве.

И тогда он узнает сказку, какой нет и

среди сказок «Тысячи и одной ночи»

Никола Тесла «Сказка об электричестве»

Данная тема посвящена изучению переменного электрического тока.

Электромагнитные колебания – это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин в электрической цепи.

Свободные электромагнитные колебания – это колебаниями, которые происходят в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется.

Свободные колебания не могут существовать сколь угодно долго и со временем затухают. Поэтому, наибольшее практическое значение в настоящее время получили вынужденные электромагнитные колебания, которые представляют собой периодические изменения силы тока в контуре и других электрических величин под действием переменной электродвижущей силы от внешнего источника.

С такими колебаниями знаком каждый человек. Только люди их называют переменным электрическим током.

Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

В каждом доме есть розетки, в которые включают всю домашнюю технику и осветительные приборы, «питающиеся» переменным током напряжением 220 вольт. В школьных мастерских имеются станки — к ним тоже подведен переменный ток, только более высокого напряжения. Во всех микрорайонах стоят будки с надписями «Трансформатор», в которых находятся трансформаторы, преобразующие переменный ток; вдоль дорог и по лесным просекам протянулись линии электропередачи опять же переменного тока. Миллионы и миллионы генераторов, трансформаторов, электродвигателей во всем мире производят, передают и используют электрическую энергию благодаря особенностям этого вида тока, обнаруженным без малого двести лет назад.

Крупнейший ученый XIX века Герман Гельмгольц говорил, что до тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея. Явление электромагнитной индукции — фундаментальное научное открытие, совершенное английским физиком Майклом Фарадеем, — легло в основу современной технической цивилизации и кардинально преобразило окружающий нас мир.

Долгие десятилетия шли активные поиски наилучшей реализации этого открытия — вплоть до отчаянной борьбы между сторонниками постоянного и приверженцами переменного тока. Правда, начавшаяся более ста лет назад «война» давно закончилась тесным и плодотворным взаимодействием, когда недостатки одного из видов тока компенсируются достоинствами другого.

Каким способом можно получить переменный электрический ток?

Поместим в постоянное и однородное магнитное поле виток проволоки abcd.

При равномерном вращении этого витка вокруг оси OO’ магнитный поток, пронизывающий его площадь будет постоянно меняться как по величине, так и по направлению. Вследствие этого, согласно закону электромагнитной индукции, в витке возникает переменная по величине и направлению ЭДС индукции.

Когда плоскость вращающегося витка становится перпендикулярна силовым линиям магнитного поля, пронизывающий ее магнитный поток наибольший, скорость же изменения его равна нулю, так как при прохождении через это положение проводники витка ab и cd скользят вдоль силовых линий поля, не пересекая их. Следовательно, ЭДС индукции, возникающая в витке, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, будет равна нулю.

Когда же плоскость витка параллельна силовым линиям поля, поток, пронизывающий ее, равен нулю, скорость же изменения его при прохождении через это положение наибольшая, так как в этом случае проводники витка ab и cd движутся перпендикулярно к силовым линиям поля. ЭДС, возникшая в этом случае в витке, имеет наибольшее значение. В части ab витка, ЭДС будет направлена от чертежа к наблюдателю, а в части cd наоборот — от наблюдателя за чертеж.

При дальнейшем вращении витка ЭДС, сохраняя неизменным свое направление, будет уменьшаться до тех пор, пока опять не станет равной нулю. Т.е. в том положении, когда величина магнитного потока будет наибольшей, а скорость его изменения — наименьшей.

При дальнейшем вращении витка скорость изменения потока, пронизывающего виток, будет увеличиваться; следовательно, ЭДС по абсолютной величине будет возрастать. Но, так как теперь виток движется навстречу магнитным силовым линиям другой стороной плоскости, то направление в нем ЭДС изменяется на противоположное: в части ab ЭДС направлена от наблюдателя за чертеж, а в части bc — из-за чертежа к наблюдателю. И опять это направление ЭДС сохраниться и при дальнейшем движении витка, при этом абсолютная ее величина будет убывать.

При последующих оборотах витка все эти явления будут повторяться вновь.

Таким образом, величина ЭДС индукции во вращающемся витке за один его оборот изменяется от минус ξ_max до плюс ξ_max.

Для того чтобы пронаблюдать за происходящими изменениями ЭДС непосредственно, разомкнем виток и присоединим его концы к осциллографу. При вращении витка в магнитном поле осциллограф запишет все изменения тока, по которым можно будет судить и об изменениях ЭДС индукции в витке.

На рисунке изображен график изменения ЭДС индукции в витке за время совершения одного полного оборота. Вверху показаны последовательные положения витка в магнитном поле, против них (т.е. внизу) — значения ЭДС индукции в витке. Направление силовых линий магнитного потока, пронизывающего виток, показано стрелками. Кружочки изображают сечение витка плоскостью чертежа с указанием направления тока в нем.

Как показывает осциллограмма, ток, возникающий в витке при равномерном его вращении в однородном магнитном поле, изменяется синусоидально. Поэтому такой ток еще иногда называют переменным синусоидальным током.

В дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения (или ЭДС), меняющегося с циклической частотой по закону синуса или косинуса:

где U_m — амплитуда напряжения, т.е. максимальное по модулю значение напряжения.

Аналогичные формулы записываются и для ЭДС индукции.

Если в цепи напряжение меняется с циклической частотой «Омега», то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Однако колебания силы тока в цепи не обязательно должны совпадать с колебаниями напряжения. Поэтому, в общем случае, мгновенное значение силы тока будет определяться по формуле:

Рассмотрим еще 2 основные характеристики переменного тока — период и частоту.

Под периодом переменного тока понимают промежуток времени, в течении которого ЭДС (или напряжение, или сила тока) совершает одно полное колебание. Напомним, что обозначается период большой латинской буквой T и измеряется он в секундах.

Частотой переменного тока называется число колебаний переменного тока за одну секунду. Обозначается греческой буквой n и измеряется в Гц (герцах).

Стандартная частота переменного тока, применяемого в промышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Этот выбор был сделан с участием русского ученого Михаила Осиповича Доливо-Добровольского.

В США по рекомендации известного ученого Тесла, работавшего в фирме Вестингауз, основным производителем тогда электромагнитной техники, стандартная частота переменного тока равна 60 Гц.

Частота в 50 Гц означает, что на протяжении 1 секунды ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в другую.

Основные выводы:

– Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

– Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электрические колебания, происходящие в электрической цепи под действием периодически изменяющейся по закону синуса или косинуса внешней ЭДС.

– Периодом переменного тока называют промежуток времени, в течении которого сила тока (или напряжение, или ЭДС) совершает одно полное колебание.

– Частота переменного тока — число колебаний переменного тока в секунду.

videouroki.net

Методическая разработка по физике (11 класс) на тему: Урок по теме «Вынужденные колебания. Переменный электрический ток» (11 класс)

Тема урока: «Вынужденные колебания. Переменный электрический ток».

Цели урока:

1.Образовательная:

Сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

2.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.

3.Воспитательная:

Привить уважение к науке как силе, преобразующей общество и человека на основе инновационных технологий. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

Тип урока: усвоение новых знаний на основе изученного ранее материала.

Методы проведения: объяснение учителя с применением компьютера; информационно-иллюстративный, опрос учащихся, работа с опорными конспектами, тестами.

Оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, опорные конспекты, презентация, тестовые задания, учебники.

ПЛАН УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

2.Актуализация опорных знаний.

(Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала)

3.Объяснение нового материала.

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

7.Задание на дом:

§ 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11», стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы:

1. «Новые современные типы генераторов».

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

— каким образом можно получить переменную ЭДС и

— какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока,

— в чём разница между действующими и амплитудными значениями тока и напряжения.

Слайд 1

Слайд 2

2.Актуализация опорных знаний

Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала:

1. Что называют электрическим током?

2. Какой ток называют постоянным?

3. Какая связь существует между переменными электрическим и магнитным полями?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

5. Какие электромагнитные колебания называются вынужденными?

6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

3.Объяснение нового материала.

Слайд 3

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным:

Так что же представляет собой переменный электрический ток?

Слайд 4

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока.

Рассмотрим принцип действия генератора:

Слайд 5

На этом слайде мы с вами увидели, что переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС.

Слайд 6

Слайд 7

На рисунке представлена простейшая схема генератора переменного тока.

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

Слайд 13

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

— что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

— на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

— чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

— как определяется мощность в цепи переменного тока?

Выполнение тестового задания с последующей самопроверкой)

Слайд 14

Решение задачи

Слайд 15, 16

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

Слайд 17

7.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11».

стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы:

1. «Новые современные типы генераторов»

nsportal.ru

Урок на тему «Переменный электрически ток»(11 класс)

Урок на тему

«Переменный электрически ток»

в 11 классе

Цели урока: сформировать у учащихся понятия о переменном токе как о вынужденных электрических колебаниях; ознакомить с принципом получения переменного тока и его практической реализация закрепить правила безопасности; развивать аккуратность, культуру речи.

Ход урока

Организационный момент.

( Приветствие, знакомство, формулировка тем и цели урока.)

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ- основа существование современной цивилизации. Глобальная проблема, которую решают ученые и инженеры, найти способы получения дешёвой электроэнергии.

Подумаем над этой проблемой и мы.

Актуализация знаний (беседа).

Что называют электрическими колебаниями?
В каком устройстве создаются электрические 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?

Демонстрация. Малозатухающие колебания.

За счет какого явления при движении магнита в катушке возникает электрический ток?
Сформулируйте закон электромагнитной индукции.
О чем говорит отклонение стрелки от нулевого деления в разные стороны?
Как обеспечить незатухаемость колебаний?

Вывод: незатухающие колебания должны быть вынужденными!

Объяснение нового материала (лекция)

Вынужденные электрические колебания называют переменным током.

а) Принцип получения переменного тока.

ЭДС индукции, возникающую при вращении витка в магнитное поле, находим так:

Ф=В S cosa

Вывод: при равномерном вращении витка в магнитном поле в нем создаётся гармонические изменяющаяся ЭДС.

б) Промышленный генератор (плакат «Основные элементы генератора»).

Более 95% всей промышленно получаемой электроэнергии мира приходится на переменный ток!

Промышленный стандарт частоты электрического тока: в России – 50Гц, в США – 60Гц.

Демонстрация. Получение переменного тока от действующей модели генератора.

Применение: промышленные генераторы используются на электростанциях, в быту – фонарик «жучок».

Решение задачи

Рамка площадью S = 0.02м(квадр.) вращается с частотой U = 10 об /с в однородном магнитном поле индукцией В = 0.4 Тл. Какова амплитуда возникающей в ней ЭДС ?

Интересно, что…

В сентябре 1889 г. Эдисон был в Берлине. На предложение ознакомиться с новым оборудованием переменного тока изобретатель лампы накаливания ответил: «Нет, нет, переменный ток – это вздор, не имеющий будущего! Я не только не хочу осматривать оборудование переменного тока, но и знать о нём» .

Домашнее задание :

1. № 17, 23 из учебника «Физика -11» Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева.

2.№ 952( н ), 954(989), 956(992) из сборника задач А. П. Рымкевича .

3. Предложить собственную идею конструкции генератора.

Источники информации:

Детская энциклопедия, Т. 5; СД « Уроки Физики Кирилла и Мефодия».

11кл. 2 раздел.

Итоги урока (закрепляющая беседа)
- Что называют переменным током?
- Какое физическая явление используется для получения переменного тока.
- С помощью какого устройства получают переменный ток в промышленности?
- В чем отличие реального генератора от принципиальной модели?
- На какие характеристики генератора влияют число пар полюсов и число витков в его обмотках?

(Отметки и комментарии.)

Упреждающее ознакомление с новым материалом

На последующих уроках – изучение свойств потребителей электроэнергии.

Демонстрация. Соотношение действующих напряжений в последовательной цепи переменного тока (рис. 5).

Парадокс: часть может быть больше целого! Объяснение опыта на последующих уроках

Резерв. Видеофрагмент по электробезопасности.

infourok.ru