Giáo án vật lý -Chương iv: dao động điện từ –sóng điện từ tiết 32: mạch dao động –dao động điện từ

Chương IV: DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ – SÓNG ĐIỆN TỪ Tiết 32: MẠCH DAO ĐỘNG – DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ I. Mục đích yêu cầu: - Nắm được quá trình biến thiên của điện tích và dòng điện trong một mạch dao động. - Nắm được sự bảo toàn năng lượng trong mạch dao động, thể hiện ở sự biến thiên điều hòa của điện trường và từ trường. * Trọng tâm: Tòan bài * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng II. Chuẩn bị: HS xem Sgk. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Trả bài kiểm tra 45’ C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG Mạch dao động: * Mạch dao động: Gồm một tụ điện C đã được tích điện nối tiếp với cuộn cảm L tạo thành một mạch kín. Tụ điện phóng điện làm xuất hiện trong cuộn cảm dòng điện biến thiên. (Điện trở cuộn cảm không đáng kể). I. Sự biến thiên điện tích trong mạch dao động: 1. Thí nghiệm: Mắc mạch như hình vẽ, xét các trường hợp: a. Đóng K vào A, nguồn điện P tích điện cho tụ từ giá trị điện tích 0 đến giá trị điện tích cực đại Q. b. Đóng K vào B, tụ phóng điện và đóng vai trò như một nguồn điện. Hs nhắc lại: định luật Ohm cho đoạn mạch chứa máy thu: 2. Khảo sát sự biến thiên điện tích: Khi tụ phóng điện, xuất hiện dòng điện t qi    , nếu xét trong khoảng t vô cùng nhỏ, thì i = q'. Dòng điện biến thiên làm xuất hiện trên cuộn cảm một suất điện động tự cảm cũng biến thiên: t i.Le    . Với t  0 => e = -L.i’ = -L.q’’. Áp dụng định luật Ohm cho những giá trị tức thời và hiệu điện thế tức thời ở 2 đầu cuộn cảm là hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện: uL = uC (*) Áp dụng định luật Ohm: uL = Ri + e; vì điện trở của mạch nhỏ R = 0 U = ? (U = RI + E’) thay bằng giá trị tức thời u = ? Hs nhắc lại: biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu tụ? (U = C Q ) Nhắc lại: pt x’’ = - 2x có nghiệm gì? Từ đó đưa ra nghiệm của pt q'’ là gì? Từ nghiệm pt => hs rút ra nhận xét? => uL = e = - Lq'’. Mặt khác: C quC  Từ (*) => -L.q’’ = C q => q'’ = q. LC 1  Đặt: q''q LC 1 2 0 2  Vậy nghiệm của phương trình này sẽ là: )tsin(Qq 0  Kết luận: điện tích của tụ điện trong mạch dao động thì biến thiên điều hòa với tần số: LC 1 0  II. Năng lượng trong mạch dao động: Năng lượng trong mạch dao động gồm năng lượng điện tập trung ở tụ điện và năng lượng từ tập trung ở cuộn cảm; Vậy năng lượng toàn phần của mạch dao động: w = wL + wC * Nhắc lại: - năng lượng điện QU 2 1 ñw - hiệu điện thế ở hai đầu tụ: u = ? 1. Năng lượng của tụ điện wC : Hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện C )wtsin(Q C qu 0   Đặt: 00 UC Q  => u = U0 sin (t + j) với q = ? => u = ? mà: năng lượng của tụ: qu 2 1 Cw Thay u, q vào WC = ? - Từ biểu thức: C Q U 00  thay vào ?W C0  hoặc từ C Q U 00  => Q0 = U0.C => ?W C0  Năng lượng tức thời của tụ điện (năng lượng điện) )t(sin.UQ 2 1qu 2 1w 200C  Đặt: 00C0 UQ2 1W  là năng lượng điện cực đại. Vậy: )t(sinWw 20C C  Chú ý: 20 2 0 000 U.C2 1 C Q . 2 1UQ. 2 1W C  * HS Nhắc lại: dòng điện ở cuộn cảm: i = ? mà q = ? => q' = ? => i = ? - Năng lượng từ trường 2 L LI2 1W  . Nếu là dòng tức thời thì wL = ? => Năng lượng cuộn cảm: wL = ? - Từ biểu thức: 200 I.L2 1W L  - Thay I0 = wC và  = LC 1 vào 2. Năng lượng của cuộn cảm wL: Dòng điện qua cuộn cảm i = q' = Q0cos(0t + j) Đặt: I0 = .Q0 => i = I0cos(t + j) Năng lượng tức thời ở cuộn cảm (năng lượng từ) )t(cosI.L 2 1i.L 2 1w 220 2 L  Đặt 200 I.L2 1W L  là năng lượng từ cực đại. Vậy: )(cos20  wtWW LL Chú ý: C Q 2 1Q.w.L 2 1I.L 2 1W 2 02 0 22 00L  biểu thức ?W L0  * Từ biểu thức năng lượng toàn phần CL www  ; thay vào w biểu thức wL và wC => wC = ? => hs rút ra nhận xét gì? 3. Năng lượng toàn phần của mạch dao động w: 0 2 0 00 2 0 2 0CL W C Q . 2 1WW )wt(sinW)wt(cosWwww CL CL   Maø Vậy: constWwww 0CL  4. Kết luận: - Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường đều biến thiên điều hòa theo tần số góc LC 1  - Năng lượng của mạch dao động được bảo toàn: constWwww 0CL  * HS nhắc lại: thế nào là dao động tự do? Tần số LC 1  cho thấy mạch dao động phụ thuộc yếu tố nào? => Nhận xét gì về dao động của mạch? Chú ý: - Dao động của mạch có tính chất như trên gọi là mạch dao động điện từ. - Tần số LC 1  chỉ phụ thuộc và đặc tính của hệ nên mạch dao động là dao động và tần số trên là tần số riêng của hệ. D. Củng cố: Nhắc lại: Mạch dao động là gì? Sự biến thiên của điện tích và dòng điện trong một mạch dao động. Nắm được sự bảo toàn năng lượng trong mạch dao động. Các kết luận về mạch dao động E. Dặn dò: - Bài tập về nhà: 1,2,3 – Sgk trang 87; - Xem bài “Điện từ trường "