BÀI 29  30 : DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ pot

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

BÀI 29  30 : 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 lượng 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

HS : Từ trường

HS : Là mạch điện khép kín gồm một tụ

điện có điện dung C và một cuộn dây

GV : Khi một tụ điện tích điện thì nó

năng lượng gì ?

GV : Khi một cuộn cảm mang dòng

điện thì nó tích lũy năng lượng gì ?

GV : Quan sát hình 29.1a và nêu định

nghĩa mạch dao động ?

thuần cảm có độ tự cảm L

HS : Hiệu điện thế

HS : Tụ điện sẽ phóng điện và tạo nên

dòng điện

HS : Biến thiên tuần hoàn

HS : Biến thiên tuần hoàn

Hoạt động 2 :

HS : i =

dt

dq

=q’

HS : e =  Ldi

dt

HS : uAB = e – r.i = e

HS : uAB = q

c

HS : q” + 1

LC q = 0

HS : q = qocos(t + )

HS : Nêu định nghia dao động diện từ ?

HS : T = 2 2 LC



2

T   LC

Hoạt động 3 :

GV : Nếu ban đầu ta tích điện cho tụ

điện C thì trong mạch giữa hai bản tụ điện xuất hiện cái gì ?

GV : Khi nối tụ điện với cuộn dây L

thì xuất hiện tượng gì ?

GV : Dòng điện này có đặc điểm gì ?

GV : Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn

dây và giữ hai bản tụ điện có đặc điểm

gì ?

GV : Em hãy cho biết biểu thức cường

độ dòng điện qua mạch ?

GV : Em hãy cho biết biểu thức suất

điện động tự cảm ?

GV : Em hãy cho biết biểu thức hiệu

điện thế ở hai đầu đoạn mạch ?

GV : Em hãy cho biết biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện ?

GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi để

dẫn tới phương trình vi phân bậc 2 ?

GV : Giới thiệu nghiệm của phương trình vi phân bậc 2 ?

GV : Dao động diện từ là gì ?

GV : Viết công thức chu kỳ và tần số

dao động riêng của dao động điện từ tự

do của mạch dao động LC ?

HS : WC = 1 2

cos

o

q q

C  C (t + )

HS : WL =

2 2

1

o

q Li

C

 sin2(t + )

HS : W = WC + WL =

2

2

o

q

C=const

HS : 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

Hoạt động 4 :

HS : Nêu kết luận

HS : Nêu kết luận

Hoạt động 5 :

HS : Phương trình vi phân

HS : Tần số góc

HS : Phương trình dao động điều hòa

HS : Phương trình vận tốc

HS : Năng lượng

GV : Em hãy cho biết biểu thức năng

lượng điện trường ( WC ) tích lũy trong

tụ điện được xác định như thế nào ?

GV : Em hãy cho biết biểu thức năng

lượng từ trường ( WL ) tích lũy trong cuộn cảm được xác định như thế nào ?

GV : Em hãy cho biết biểu thức năng

lượng điện từ của mạch dao động ?

GV : Nêu nhận xét ?

GV : Dao động điện từ tắt dần là gì ?

GV : Dao động điện từ duy trì là gì ?

GV : GV hướng dẫn cho HS thấy

những đặc điểm giống nhau giữa dao động điện từ và dao động cơ học (GV hướng dẫn HS lập bảng so sánh như ở

SGK)

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 như 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 :

e = -Ldi

dt (1) Theo định luật Ôm :

uAB = e – r.i {r = 0 vì cuộn dây thuần cảm

=> uAB = e = -Ldi

dt (2) Mặt khác, uAB cũng là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện, nên ta có :

uAB = q

c (3)

Từ (1), (2) và (3), suy ra :

q

c = -Ldi

dt = -Lq”

=> q” + 1

LC q = 0 (4)

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 + )

uAB = q q o

C  C cos(t + ) 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 :

T = 2 2 LC



2

T   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)

WC =

2 2

2

1

cos

o

q q

C  C (t + )

WL =

2 2

1

o

q Li

C

 sin2(t + ) Năng lượng điện từ :

W = WC + WL =

2

2

o

q

C=const

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,

Xem bài 32