Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе  физики средней школы

Цыкун В.Ф., учитель физики сш. №30, г. Хабаровска, Щербаков Н.Г., к.п.н.,  доцент кафедры общей физики ХГПУ

В настоящее время, когда физические методы исследования проникли во все области науки и техники, особую остроту приобрел вопрос о вооружении учащихся глубокими знаниями и методами исследования в физике.

Одним из методов исследований в физике является графический метод, который дает возможность учащимся усваивать сущность предмета, познавать закономерности новых явлений.

 В этой связи является актуальным вопрос использования графического метода преподавания физики, который позволяет наглядно провести всесторонний анализ явления, выявить его причинно-следственные связи и обосновать экспериментальные наблюдения.

 В качестве примера рассмотрим применение графического метода при изучении резонанса в электрической цепи.

Так, при изучении в 11 классе темы: «Электрический резонанс», после проведения опыта по наблюдению за яркостью свечения электрической лампочки, активное сопротивление которой , включенной последовательно с катушкой индуктивности , конденсатором    и звуковым генератором ЗГ (рис.1), при изменении частоты, для объяснения эксперимента можно использовать  графический метод.

С этой целью необходимо дать учащимся следующее задание: исходя из закона Ома для переменного тока постройте зависимость силы тока I от частоты w источника переменного напряжения (I=I(w)).

Учащимся известно, что зависимость силы тока I от напряжения  в исследуемой цепи подчиняется закону Ома в следующей форме записи:

,

где - полное сопротивление цепи, которое равно

 .

В этом выражении  - активное сопротивление контура,

 - индуктивное и емкостное сопротивления,

 - индуктивность катушки и емкость конденсатора.

Так как напряжение  постоянно с изменением частоты, то график зависимости тока от частоты противоположен частотной зависимости сопротивления.

Для построения зависимости  от частоты w вначале строятся зависимости  (рис.2,3,4)

Затем графики  зависимостей  представляем на одном рисунке (рис.5). Указанные кривые пересекаются. Точка пересечения этих графиков означает, что при определенном значении частоты источника переменного

тока w емкостное сопротивление конденсатора и индуктивное сопротивления катушки индуктивности равны, т. е. XC=XL  или   и тогда .

 Но учащимся известно, что по формуле  рассчитывается собственная частота колебательного контура. Делаем вывод, что при изменении частоты источника переменного тока в колебательном контуре на  частоте w = w0 наблюдается равенство реактивных сопротивлений.

С учетом поведения кривых  на рис. 5 представлен график модуля реактивного сопротивления цепи . Для его построения необходимо произвести вычитание ординат соответствующих графиков  на нескольких частотах. Теперь с учетом рис.2 и 5 качественно можно представить график   (рис.6).