Тема: Коливальний контур. Виникнення електромагнітних коливань у коливальному контурі. Гармонічні електромагнітні коливання. Частота власних коливань контуру. Резонанс.
Мета заняття: – актуалізувати знання студентів про вільні та вимушені коливання;
- з’ясувати механізм виникнення електричних коливань та проаналізувати перетворення енергії в коливальному контурі;
- сформувати цілісне уявлення про вільні коливання різної фізичної природи;
- розв’язати задачі різних типів та ступенів складності по темі.
Структура заняття.
3. Актуалізація опорних знань
Фронтальна бесіда:
- що таке коливання?
- Які коливання називаються вільними, а які вимушеними?
5. Мотивація навчальної діяльності.
Серед різних електромагнітних явищ електромагнітні коливання займають особливе місце. Електроенергія, телебачення, радіо, телефон, радіолокація – це лише окремі приклади застосування електромагнітних коливань.
Досліджуючи електричні коливання серця, мозку людини, лікарі визначають стан здоров’я.
Світло та пов’язані з ним явища також є електромагнітними коливаннями.
Засвоєння нових знань.
Найпростіший коливальний контур.
Найпростіше коло, в якому можуть відбуватися вільні електричні коливання, складається з конденсатора і котушки, приєднаної до його обкладок. Активний опір провідників, з яких виготовлено коливальний контур, має бути малим.
Щоб здобути в контурі електромагнітні коливання, достатньо зарядити конденсатор і замкнути його на котушку. При цьому конденсатор дістане енергію 
, де q – заряд конденсатора, а c – його електроємність.
Під час розрядження конденсатора в колі виникає електричний струм, сила якого не відразу досягає максимального значення, а збільшується поступово. Це зумовлено явищем самоіндукції.
Під час розрядження конденсатора енергія електричного поля зменшується, але водночас зростає енергія магнітного поля струму, яка визначається формулою 
,
де L – індуктивність котушки, і – миттєве значення сили змінного струму.
Повна енергія електромагнітного поли контуру дорівнює сумі енергій магнітного й електричного полів: 
.
В момент, коли конденсатор цілком розрядиться, енергія електричного поля дорівнюватиме нулю. Енергія ж магнітного поля струму, згідно із законом збереження енергії, буде максимальною. У цей момент сила струму також досягне максимального значення Іт.
Як тільки сила струму та створене ним магнітне поле почнуть зменшуватися, виникне вихрове електричне поле, яке підтримуватиме наявність струму. У результаті конденсатор перезаряджатиметься доти, поки сила струму, поступово зменшуючись, не дорівнюватиме нулю. Енергія магнітного поля в цей момент також буде дорівнювати нулю, а енергія електричного поля конденсатора знову стане максимальною.
Після цього конденсатор знову почне перезаряджатися й система повернеться у вихідне положення. Якби енергія не втрачалася, то цей процес продовжувався б як завгодно довго. Коливання були б незатухаючими.
Аналогія між механічними й електромагнітними коливаннями.
Електромагнітні коливання в контурі мають схожість із вільними механічними коливаннями. Схожість притаманна не природі самих величин, які періодично змінюються, а процесам періодичної зміни різних величин.
Завдання: Заповнити таблицю: (пропонуються дані одного стовпчика)
| Механічні величини | Електричні величини |
| Координата х | Електричний заряд q |
| Швидкість V | Сила струму I |
| Прискорення a | Швидкість зміни сили струму 
|
| Маса тягарця т | Індуктивність L |
| Жорсткість пружини k | Величина, обернена до ємності 1/c |
| Коефіцієнт тертя μ | Опір R |
| Сила F | ЕРС (напруга) E |
Потенціальна енергія 
| Енергія електричного поля 
|
Кінетична енергія 
| Енергія магнітного поля 
|
Електромагнітні коливання – це періодичні коливання пов’язаних електричного та магнітного полів. При електромагнітних коливаннях відбувається зміна заряду, сили струму та напруги.
Електричний заряд під час вільних коливань змінюється з часом за законом косинуса (або синуса): q=qmcosωt.
– циклічна частота. 
– період вільних електромагнітних коливань.
7. Узагальнення та систематизація знань.
Запитання до студентів:
ü Чи будуть відбуватися електричні коливання в контурі, якщо надати енергії котушці індуктивності, а не конденсатору?
ü Чому коливання в коливальному контурі не припиняються в той момент, коли заряд конденсатора дорівнює нулю?
ü Чи виникнуть коливання в коливальному контурі, якщо замінити котушку індуктивності на резистор?
ü Чому дорівнює енергія контуру в довільний момент часу?
ü Які перетворення енергії відбуваються під час вільних незатухаючих коливань у коливальному контурі?
ü За якою умови вільні коливання в контурі були б незатухаючими?
Завдання: Скласти узагальнюючу порівняльну таблицю формул:
| Коливання в полі тяжіння | Пружні коливання | Електромагнітні коливання |
| x= | x= | q= |
| V = | V = | i = |
| Vmax = | Vmax = | Imax = |
| T= | T= | T= |
| 
| 
|
Розв’язання задач.
Середній рівень:
№ 1. (Зб.: № 4.5)
Яким є період вільних електромагнітних коливань у контурі, що складається з конденсатора ємністю 400 мкФ і котушки з індуктивністю 90 мГн? (Відповідь: 38мс)
№ 2. (Зб.: № 4.25)
Котушку якої індуктивності треба ввімкнути в коливальний контур, що містить конденсатор ємністю 200 пФ, щоб отримати частоту вільних коливань 5 МГц? (Відповідь: 5мкГн)
Достатній рівень:
№ 3.
Електричний заряд, виражений у кулонах, змінюється з часом у такий спосіб: 
. Чому дорівнюють амплітуда коливань, циклічна частота й період? Знайти миттєве значення заряду (і сили струму) через 0,25с після початку коливань.
№ 4. (Зб.: №4.29)
На рис. показано графік залежності від часу заряду пластини конденсатора коливального контуру. Знайдіть амплітудне значення заряду, частоту й період коливань. Запишіть рівняння залежності q(t). Знайдіть залежність i(t).
Високий рівень: (індивідуальне завдання) (Зб.: № 4.28)
Коливальний контур складається з котушки індуктивністю 120 мкГн і повітряного конденсатора змінної ємності. Відстань між пластинами конденсатора дорівнює 0,2мм, площу перекриття пластин можна змінювати від 2 до 8 см2. На які частоти можна настроїти даний контур? (Відповідь: від 2,44 МГц до 4,88 МГц)
– ємність плоского конденсатора; ε0 =8,85·10-12 Кл/(Н·м2)
9. Підведення підсумків, видача завдання для домашньої роботи студентів.
· Коршак Є.В. Фізика 11 клас § 48; впр. 25 № 2, 4.
Або: Гончаренко С.У. Фізика: 11 клас: § 20 – 22, Впр.6 № 3 – середній рівень;
Впр. 6 № 1 – достатній рівень
& Реферат: «Біографія О. С. Попова»
& Самостійно вивчити тему: «Відкриття радіо О.С.Поповим. Принцип дії радіотелефонного зв’язку. Радіомовлення і телебачення. Радіолокація. Стільниковий зв’язок. Супутникове телебачення»
