Эксперимент

Из опыта работы

С.В.СТРУНИН,
г. Северодвинск, Архангельская обл.

Из опыта работы

1. Резонанс в электрической цепи

Удовлетворение ученика от умения применять знания математики при изучении физики, а также наглядность графических представлений физического процесса делает эффективным изучение достаточно сложного явления резонанса в колебательном контуре.

Из законов электротехники следует, что:

– полное сопротивление цепи, состоящей из индуктивного, емкостного и активного сопротивлений, вычисляется по формуле

– cила тока определяется законом Ома:

Анализируя эти формулы, видим, что если X_L = X_C, полное сопротивление минимально, а сила тока в цепи максимальна.

В любой ли цепи это воможно? Индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте переменного тока (X_L = 2L), емкостное сопротивление – обратно пропорционально частоте:

Представим эти зависимости графически. Из графиков видно, что для любой цепи существует частота, при которой X_L = X_C.

Соберём цепь и продемонстрируем зависимость накала лампы от частоты тока.

 

Увеличим индуктивность катушки, введя в неё сердечник, – накал лампы уменьшается. На графике проведём две зависимости индуктивного сопротивления от частоты (для L₂ и L₁, L₂ > L₁) и покажем, что реактивные сопротивления (и максимальный накал лампы) будет при другой частоте источника тока.

Вычисляем частоту, при которой X_L = X_C: – это знакомая формула собственной частоты электрического контура.

ВЫВОД: при совпадении частоты источника тока с собственной частотой электрической цепи индуктивное сопротивление становится равным емкостному и сила тока резко возрастает. Это явление называется резонансом.

2. Электромеханическое табло для спортивного зала

Цифровое табло, которое мы делаем на занятиях кружка, состоит из четырёх цифровых групп (на рисунке справа показаны две), каждая группа содержит семь ячеек, каждая ячейка освещается двумя лампочками. Свет от одной ячейки не должен проникать в соседние ячейки.

В фанере толщиной 10 мм выпиливаем ячейки, обращая внимание на целостность перегородок между ними. В листовой жести просечкой или сверлом делаем отверстия для лампочек (по две в каждой ячейке). Жесть и фанеру жёстко соединяем с помощью коротких саморезов. Жесть выполняет роль не только резьбового соединения с лампочкой, но и общего контакта для всех ламп цифровой группы и отражателя света.

Так как лампочки выступают за плоскость фанеры, по периметру каждой ячейки приклеиваем узкие полоски плотного поролона из набора по утеплению окон, к которым прижимаем матовое оргстекло.

Переключатель ячеек в цифровой группе делаем из переключателя телевизионных каналов (ПТК) от старого телевизора. Удаляем все радиодетали как с неподвижной части, так и из барабана. Контакты на съёмных пластинах барабана с внутренней стороны нужно соединить, как показано на рисунке. Удобнее использовать пластинки с номерами от 1 до 10, чтобы номер на пластинке соответствовал цифре на табло.

При выборе трансформатора убедитесь, что при параллельном включении всех лампочек (58 шт.) их накал будет достаточным: мощность трансформатора должна в 58 раз превышать мощность одной лампочки.