电磁振荡

高二物理教案浠水一中李春山第1页共8页第1节电磁振荡一一、、教教学学目目标标1．知识目标认识LC回路产生电磁振荡的现象，了解振荡电路和振荡电流的定义；知道LC回路中振荡电流的产生过程，了解振荡电流产生的物理原因，理解振荡电流产生的物理实质；理解LC振荡电路中的能量转化情况，掌握振荡电路的变化规律；知道无阻尼振荡和阻尼振荡的概念。2．能力目标通过电磁振荡的观察、分析和应用，归纳电磁振荡问题的分析思路和方法，培养学生综合运用物理知识分析问题、解决问题的能力和良好的学习习惯，提高学生的综合素质。3．情感目标结合电磁振荡的实验、分析和探索过程，培养学生独立钻研、大胆探索、实事求是的科学精神，感受物理学科研究的方法和意义，促进学生全面和谐的发展。二二、、教教学学重重点点LC回路的工作过程及相关物理量的变化规律。三三、、教教学学难难点点振荡电流产生的物理原因和物理实质。四四、、教教学学方方法法实验、讨论、类比等启发式讲授与多媒体辅助教学相结合。五五、、教教具具电容C、线圈L、电流表G、电池组、开关、导线、晶体管振荡器、示波器。阻尼振荡示教板、无阻尼振荡示教板。实物展示仪、多媒体教学系统等。六六、、教教材材分分析析全日制普通高级中学教科书（试验修订本·必修加选修）物理（第二册），第十九章《电磁振荡和电磁波》讲述电磁振荡、电磁场和电磁波的概念以及电磁波的发射、传播和接收的初步知识，是以前学过的电磁学以及振动和波的知识的继续和发展，并跟以后将要学习的物理光学知识相联系，为认识光的电磁本性做准备。《电磁振荡》是本章的第一节，LC回路产生电磁振荡是本章及本节的重点，也是各类考查的热点。由于电磁振荡的产生不如机械振动直观，课本用了较大的篇幅详细分析LC回路产生电磁振荡的过程，并配以示意图和电路中的电流、电荷周期变化的图线，以帮助学生理解，使学生建立起较完整的电磁振荡概念。电磁振荡是指电荷、电场、电流、磁场等随时间做周期性变化的现象。教材中还介绍了无阻尼振荡和阻尼振荡两种典型的振荡类型。教材中还将机械振动与电磁振荡进行类比，找出它们的共性和个性。对电磁振荡过程还从能量转化的角度来分析，通过与机械振动中能量的转换的对比来加深学生的理解。高二物理教案浠水一中李春山第2页共8页七七、、教教学学设设计计((一一))引引入入新新课课在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要。例如，广播、电视要利用电磁波，无线电通信要利用电磁波，航空、航天中的自动控制和通信联系等都要利用电磁波……（屏幕展示电磁波与人们工作和生活相联系的画面，要求学生尽可能再列举一些用到电磁波的场合，创设学习知识内容的情境）电磁波到底是什么？为什么它具有那么大的威力？它又是怎样产生的呢？它有哪些性质？是否具有波的共同特性？怎样利用它来传递各种信号？……(展示学生急于了解的问题，激发学生的求知欲)这就是我们这一章要学习的内容。机械波是由机械振动产生的，与此类似，电磁波是由电磁振荡产生的。(引导学生运用类比的方法学习)学习电磁波先要从学习电磁振荡开始。((二二))新新课课教教学学11．．振振荡荡电电流流与与振振荡荡电电路路：：（复习电容器充电、放电和电感的作用。用实物展示仪将实验情况投影到大屏幕上，增加实验的可见度。观察演示实验，分析实验现象。再用Flash动画模拟电磁振荡现象，建立理想化振荡电路模型。）实验(1)：按右图连接成实验电路。接着把开关扳到电池组一边，给电容器充电，稍后再把开关扳到线圈一侧，让电容器放电。（提醒学生注意观察电流表指针的变化）现象：电流表指针左右摆动几次后停止。表明：电路中产生了周期性变化的电流，由于存在能量损失，电路中电流表逐渐减小。实验(2)：将晶体管振荡器接入LC电路，将振荡电流信号接入示波器观察波形。现象：波形按正弦规律变化。表明：振荡电流实质就是高频的交变电流。(1)振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流。(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。(3)理想的LC振荡电路：①LC回路：由线圈L和电容器C组成的最简单的振荡电路。②理想的LC振荡电路：只考虑电感、电容的作用，而忽略各种能量损耗。22．．电电磁磁振振荡荡的的产产生生过过程程(先用动画模拟与电场能、磁场能有关的因素，后对变化关系作定性总结，为学习电磁振荡的产生过程、变化规律等作铺垫)(1)与电场能和磁场能有关的因素：①与电场能有关的因素：电场能↑→电场线密度↑→电场强度E↑→电容器极板间电压u↑→电容器带电量q↑②与磁场能有关的因素:LCESGABba高二物理教案浠水一中李春山第3页共8页磁场能↑→磁感线密度↑→磁感强度B↑→线圈中电流i↑(2)电磁振荡的产生过程(动画模拟分析充电后的电容器通过电阻放电的过程，便于与通过电容放电作比较，探索产生振荡电流的本质原因)充电后的电容器，两极板带电量最多，电压最大，储存的电场能最大。通过电阻放电时，电荷逐渐中和，两板间电压逐渐减小，放电电流随之逐渐减小，电路中只存在短暂的放电电流。(先用课件模拟电磁振荡的产生过程，再从LC回路的元件特征出发，抓住矛盾的对立统一，分析振荡电路中电容、电感在电路中的作用及相关各量的变化情况。着重分析前半个周期，后半个周期引导学生分析。边分析边用屏幕展示下图中的一个周期性变化情况。)放电过程：在放电过程中，q↓、u↓、E电场能↓→i↑、B↑、E磁场能↑，电容器的电场能逐渐转变成线圈的磁场能。由于线圈的自感作用，电流i是按正弦规律逐渐增大的，电流不会立刻达到最大值。放电结束时，q=0，E电场能=0，i最大，E磁场能最大，电场能完全转化成磁场能。充电过程：放电结束时，由于L的自感作用，电路中移动的电荷不会立即停止运动，仍保持原方向流动。在充电过程中，q↑、u↑、E电场能↑→I↓、B↓、E磁场能↓，线圈的磁场能向电容器的电场能转化。充电结束时，q、E电场能增为最大，i、E磁场能均减小到零，磁场能向电场能转化结束。反向放电过程:q↓、u↓、E电场能↓→i↑、B↑、E磁场能↑，电容器的电场能转化为线圈的磁场能。放电结束时，q=0，E电场能=0，i最大，E磁场能最大，电场能向磁场能转化结束。＋＋＋＋――――q↓→u↓→i↓CRq=Qmi=0CL++++―――－CLq=0i=Im++++―――－q=Qmi=0CL充电q↑i↓放电q↓i↑充电q↑i↓一个周期性变化放电q↓i↑CLq=0i=Im高二物理教案浠水一中李春山第4页共8页反向充电过程:q↑、u↑、E电场能↑→i↓、B↓、E磁场能↓，线圈的磁场能向电容器的电场能转化。充电结束时，q、E电场能增为最大，i、E磁场能均减小到零，磁场能向电场能转化结束。在理想情况下将如此循环下去，一个周期性变化的示意图如上图所示。(根据一个周期性变化的示意图及前面演示实验中的电路图，要求学生填写下表，进一步明确各量的周期性变化情况。屏幕显示表格，让学生回答后，用鼠标点击相应位置显示出正确答案。)时间tt=0t=T/4t=T/2t=3T/4t=T电容器带电量q最大(A＋、B－)零最大(A－、B＋)零最大(A＋、B－)电路中电流i零最大(a→b)零最大(b→a)零电场能最大零最大零最大磁场能零最大零最大零33．．电电磁磁振振荡荡的的变变化化规规律律：：(由前面的实验和分析，归纳出电磁振荡的规律，是一次思维的飞跃。引导学生归纳，并用屏幕显示。)(1)电磁振荡的特点：LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：①两个物理过程：放电过程；电场能转化为磁场能，q↓→i↑充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓②两个特殊状态：放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。(2)电磁振荡的变化规律：①总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量②电场能与磁场能交替转化电场能磁场能电容器电压ｕ电容器带电量ｑ电路中电流ｉ③变化规律的图象描述(用示波器观察等幅振荡的电压波形，建立电磁振荡过程中相关各量随时间变化的数学模型。用课件动态显示电磁振荡的图像，直观地描绘出在电磁振荡产生的过程中各量的变化情况。最后用屏幕显示电磁振荡过程中相关各量随时间变化的图象。在画q－t图像时要说明是绘制电容器哪个极板、绘制i－t图像时要先规定电流的正方向。)步调相反同步变化同步变化放电充电高二物理教案浠水一中李春山第5页共8页④电磁振荡与简谐运动的类比(引导学生按课本提示的那样，将机械振动与电磁振荡进行比较，找出它们的共性和个性，从两种运动的相似、相异中加深对电磁振荡的认识。振荡过程中电场能和磁场能的转化。可通过与机械振动中动能和势能的转化对比来加深理解。突出从能量分析问题的主线。再利类比思维，启发学生思考电磁振荡是否也具有固有的振荡周期，为下一节教埋下伏笔。)电磁振荡简谐运动过程特点充电：加在电容器两端的电压产生充电电流；线圈的电感阻碍充电电流的突变。放电：线圈的电感维持放电电流不变；电容器两端电压阻碍放电电流。加速：回复力使振子运动状态变化；惯性维持振子运动状态不变。减速：惯性维持振子运动状态不变；回复力使振子运动状态改变。对应物理量电容C电感L（相当于惯性）电荷q电流i电场能E电场能磁场能E磁场能弹簧劲度系数k（或单摆摆长L）振子质量m（惯性）位移x速度V势能Ep动能Ek规律电容器两极间电势差随时间作正统规律变化振子振动的位移随时间作正统规律变化能量转化电场能与磁场能相互转化，总能量守恒动能与势能相互转化，总能量守恒本质区别电磁振荡是振荡电路中自由电子的电磁运动简谐运动是振子的机械运动ot电场能ot磁场能otq(u)oti高二物理教案浠水一中李春山第6页共8页(3)电磁振荡：(引导学生归纳、总结得出电磁振荡的概念。要求学生用自己的语言表述，避免死记硬背)在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷、通过线圈的电流，以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。44．．无无阻阻尼尼振振荡荡和和阻阻尼尼振振荡荡(利用阻尼振荡和无阻尼振荡示教板定性演示，用实物展示仪将实验现象投影到大屏幕上，由实验引出概念)(1)无阻尼振荡：振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅将不变，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡），如图所示。在任何电路中都存在电阻，电路中的能量有一部分要转化为内能。另外，还会有一部分能量以电磁波的形式辐射到周围空间中去。这样，振荡电路中的能量要逐渐损耗，振荡电流的振幅要逐渐减小，直到最后停止振荡。(2)阻尼振荡：任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减少，叫做阻尼振荡（或减幅振荡），如图所示。(利用示波器演示LC回路产生的阻尼振荡的波形和无阻尼振荡的波形，并从能量的角度予以解释。演示无阻尼振荡时因为加了晶体管振荡器，周期性的给电路补充能量，相当于受迫振荡。使学生明白无阻尼振荡是一种理想化情况，演示出的是补充能量的结果。)((三三))课课堂堂练练习习例题：如图所示的LC振荡电路正处在振荡过程中，某时刻L中的磁场和C中的电场如图所示，可知A、电容器中的电场强度正在增大B、线圈中磁感强度正在增大C、该时刻电容器带电量最多D、该时刻振荡电流达最大值(通过例题，培养学生的分析能力，总结电磁振荡问题的分析方法。如果学生的基础较好的话，还可分析UC、UL与εL的关系。答案：A)反馈训练：(通过反馈训练，巩固学生所学知识。用实物展示仪展示学生的练习情况，根据出现的问题适时作出处理)1．LC振荡电路中电容器极板上电量q随时间t变化的图线如图，由图可知：A、在t1时刻电路中的磁场能最小B、从t1到t2，电路中的电流值不断变小C、从t2到t3，电容器不断充电D、在t4时刻电容器的电场能最小答案：ACD(思考：q—t图线中各点切线斜率的物理意义是什么？)2．LC振荡电路中某时的状态如图，试作出从该时刻起一个周期内的q—t和i—t图线。oqtt1t2t3t4CLCL++++―――－itoito高二物理教案浠水一中李春山第7页共8页答案：（略）((四四))总总结结：：LC振荡电路产生振荡电流的物理原因是电容器的充电、放