2020-2021學(xué)年高中物理 第4章 電磁振蕩與電磁波 1 電磁振蕩教案 新人教版選擇性必修第二冊(cè)

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第4章 電磁振蕩與電磁波 1 電磁振蕩教案 新人教版選擇性必修第二冊(cè)2020-2021學(xué)年高中物理 第4章 電磁振蕩與電磁波 1 電磁振蕩教案 新人教版選擇性必修第二冊(cè)年級(jí)：姓名：- 7 -電磁振蕩教學(xué)目標(biāo)1知道電容器的充、放電作用及電感阻礙電流變化作用2會(huì)分析振蕩電流變化過程 過程與方法：通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，概括出電磁振蕩等概念，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、類比推理能力，以及理解和概括能力教學(xué)重難點(diǎn)1先通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，總結(jié)得到幾個(gè)基本概念：振蕩電路，振蕩電流，電磁振蕩現(xiàn)象等這部分知識(shí)，基本概念很抽象，研究對(duì)象多是看不見摸不著的電磁場(chǎng)及其運(yùn)動(dòng)，理解起來也較為困難，所以做

2、好演示實(shí)驗(yàn)是重點(diǎn)，再輔以類比推理和生動(dòng)的比喻、描述，能增強(qiáng)可接受性2lc回路產(chǎn)生電磁振蕩是本章本單元的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)電磁振蕩產(chǎn)生的物理過程較為抽象，所以重點(diǎn)應(yīng)放在電路中電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)化上；分析指出何時(shí)電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，何時(shí)磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能；何時(shí)電場(chǎng)能最大，何時(shí)磁場(chǎng)能最大與之對(duì)應(yīng)的也要指出電路里電流何時(shí)最大，何時(shí)為零 教學(xué)過程新課引入（一）、引入新課：師：電磁波與現(xiàn)代的科技以及人類的生活密切關(guān)系。無線電廣播、電視、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈、宇宙飛船等，傳遞信息和跟地面的聯(lián)系都要利用電磁波，電磁波對(duì)我們來說更是越來越重要。那么電磁波到底是什么？它有哪些性質(zhì) ？它又是怎么產(chǎn)生與傳播的呢？這一節(jié)課我

3、們就先來研究電磁波是怎么產(chǎn)生的。（二）、新課教學(xué)：師：在前面的幾個(gè)章節(jié)中，我們學(xué)習(xí)了機(jī)械波，那么機(jī)械波的產(chǎn)生需要什么條件呢？生：要有機(jī)械振動(dòng)作為波源，并且在傳播的過程中還要有介質(zhì)的作用。師：從這里我們看到機(jī)械振動(dòng)形成了機(jī)械波；類似的電磁振蕩能夠產(chǎn)生電磁波，那么要想知道電磁波是怎么產(chǎn)生的，首先我們要知道什么是電磁振蕩？下面我們先來做一個(gè)試驗(yàn)：一、電磁振蕩： 觀察演示實(shí)驗(yàn)電路儀器：電感l(wèi)、電容c；干電池（可延長(zhǎng)電流表指針往復(fù)擺動(dòng)時(shí)間，達(dá)十幾次以上）連接成如圖所示電路演示操作： 用電源給電容c充電，若將開關(guān)s撥到a端師：將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？它說明了什么？（學(xué)生猜想）引導(dǎo)啟發(fā)同學(xué)邊看實(shí)驗(yàn)視頻邊想，電流表

4、g指針為什么擺動(dòng)？往復(fù)擺動(dòng)說明通過g的電流有什么特點(diǎn)？在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上，總結(jié)得出幾個(gè)概念：1、振蕩電流：像這樣產(chǎn)生的大小和方向交替變化的電流叫做振蕩電流。2、振蕩電路：能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路，上面的lc回路叫l(wèi)c振蕩電路振蕩電流是一種什么性質(zhì)的電流？有何特點(diǎn)？接在示波器上觀察波形：（觀看視頻）總結(jié)指出，振蕩電流實(shí)質(zhì)上就是前邊學(xué)過的交流電，它也按正弦規(guī)律變化。振蕩電流是怎樣產(chǎn)生的？下面研究它的產(chǎn)生過程：研究電磁振蕩的產(chǎn)生過程：師：我們先來分析lc振蕩電路中各用電器的作用：指導(dǎo)學(xué)生回答,從實(shí)驗(yàn)中我們可以看到產(chǎn)生的變化電流，這主要是線圈的自感作用，那么要把線圈換成了一個(gè)直流電阻又會(huì)看到什么

5、現(xiàn)象？引導(dǎo)學(xué)生分析電容器的充放電過程，得出電流計(jì)的指針將會(huì)偏轉(zhuǎn)一次就變?yōu)榱悖辉僮兓?。從而更突出線圈的作用。師：電場(chǎng)具有電場(chǎng)能，相應(yīng)的磁場(chǎng)也具有磁場(chǎng)能。那么電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能都和哪些因素有關(guān)？指導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)：與電場(chǎng)能有關(guān)的因素：電場(chǎng)能電場(chǎng)強(qiáng)度e電容器極板間電壓u電容器帶電量q與磁場(chǎng)能有關(guān)的因素：磁場(chǎng)能磁感強(qiáng)度b線圈中電流 i師：下面我們來具體分析振蕩電流產(chǎn)生的過程：（觀看視頻啟發(fā)學(xué)生思考進(jìn)行分析講解）(1)、給電容c充電，電容器中儲(chǔ)存一定的電場(chǎng)能（e電）、電容c放電 ，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能：c上帶電量、電場(chǎng)能（電壓）逐漸減小（降低），電路中的電流、磁場(chǎng)能則逐漸增大，請(qǐng)同學(xué)們想一下這樣轉(zhuǎn)化的條件是什

6、么？為什么是“逐漸”的？隨后指出這是由于電容器c的放電作用（兩極板上正、負(fù)電荷的吸引作用）和電感l(wèi)中電流變化時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)的“阻礙”作用所至當(dāng)c放電完了時(shí)，電場(chǎng)能為零，qc=0，uc=0 ，磁場(chǎng)能達(dá)到最大（與之對(duì)應(yīng)的振蕩電流也達(dá)到最大im）、反向充電過程，是磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能的過程，c放電完了時(shí)，由于l的自感作用，電路中移動(dòng)的電荷不能立即停止運(yùn)動(dòng)，仍保持原方向流動(dòng)，經(jīng)c反向充電，同理則有i減小，e磁減小，而e電增大（qc，uc也隨之增大）直到e磁（i）減為零，e電（qc，uc）增為最大.、電容c再次反向放電過程，同理可知e電（qc，uc）減小，直到為零，e磁（i）增大，直到最大（im）、電

7、容器又開始充電，則有i減小，e磁減小，而e電增大（qc，uc也隨之增大）直到e磁（i）減為零，e電（qc，uc）增為最大。綜合上面的分析指導(dǎo)學(xué)生分析出整個(gè)過程中能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系：得出：電磁振蕩產(chǎn)生的過程特點(diǎn)：（1）兩個(gè)特殊的過程： 充電過程：磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，qc i放電過程：電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，qc i（2）兩個(gè)特殊的物理狀態(tài)：充電完成狀態(tài)：qc= qm , i=0 磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化完畢,電場(chǎng)能最大，磁場(chǎng)能最小。放電完成狀態(tài)：qc =0, i=im 電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化完畢，磁場(chǎng)能最大，電場(chǎng)能最小。歸納總結(jié)指出：時(shí) 間 tt=0t=t/4t=t/2t=3t/4t=t電容器帶電量最大(a、b)

8、零最大(a、b)零最大(a、b)電路中電 流零最大(ab)零最大(ba)零電場(chǎng)能（e）最大零最大零最大磁場(chǎng)能（b）零最大零最大零變化規(guī)律的圖象描述：得出：電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能交替轉(zhuǎn)化分析給出：理想的lc振蕩電路：總能量守恒電場(chǎng)能磁場(chǎng)能恒量 綜述，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié):3、電磁振蕩： 在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷、通過線圈的電流，以及跟電荷和電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩。師：電磁振蕩的過程和我們以前所學(xué)的單擺過程很相似：引導(dǎo)學(xué)生做比較，并完成表格，學(xué)會(huì)前后知識(shí)相聯(lián)系，比較學(xué)習(xí).電磁振蕩與機(jī)械振動(dòng)（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)）的類比：電磁振蕩簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過程特點(diǎn)充電：加在電容器兩

9、端的電壓產(chǎn)生充電電流；線圈的電感阻礙充電電流的突變。放電：線圈的電感維持放電電流不變；電容器兩端電壓阻礙放電電流。加速：回復(fù)力使單擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，慣性維持單擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。減速：慣性維持單擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，回復(fù)力使單擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。對(duì)應(yīng)的物理量電容c電感l(wèi)（相當(dāng)于慣性）電荷q電流i電場(chǎng)能e電場(chǎng)能 磁場(chǎng)能e磁場(chǎng)能單擺擺長(zhǎng)l小球質(zhì)量m（慣性）位移x速度v重力勢(shì)能ep動(dòng)能ek規(guī)律兩極間電勢(shì)差隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化擺球的位移隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化能量轉(zhuǎn)化電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化，總能量守恒動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總能量守恒本質(zhì)區(qū)別振蕩電路中自由電子的電磁運(yùn)動(dòng)振子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)二、阻尼振蕩和無阻尼振蕩上述實(shí)驗(yàn)中，為什么

10、電流表g指針往復(fù)擺動(dòng)的幅度越來越小？ （能量損失）觀看視頻阻尼振蕩：任何電磁振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流的振幅逐漸減小，這種振蕩叫做阻尼振蕩，或叫做減幅振蕩（1）振蕩電路中的能量損耗有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（產(chǎn)生焦耳熱），還有一部向外輻射出去而損失（2）如果用振蕩器不斷地將電源的能量補(bǔ)充到振蕩電路中去，就可以保持等幅振蕩如果lc回路中無電阻，也沒有其它形式的能量損失，則電流表的指針將一直擺動(dòng)下去，可是實(shí)際中總有能量損失，要維持lc回路中一直有振蕩電流，可借助于一種晶體管振蕩器，不斷地補(bǔ)充能量，保持振幅不變?nèi)㈦姶耪袷幍闹芷诤皖l率1周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時(shí)間叫做周期，一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率 lc回路的周期和頻率： 由回路本身的特性決定這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡(jiǎn)稱振蕩電路的周期（或頻率）2在一個(gè)周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場(chǎng)能（或磁場(chǎng)能）完成兩次