高中物理第二冊電磁振蕩的周期和頻率

1、電磁振蕩的周期和頻率一、教學(xué)目標(biāo)  1理解LC振蕩電路的固有周期(或固有頻率)的決定因素題，并能正確應(yīng)用公式進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算3通過演示實(shí)驗(yàn)(改變LC回路的電感L或電容C)，觀察振蕩電流的周期、頻率的變化情況，分析、歸納得到L大、C大周期長的結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生分析綜合能力及理解能力  二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析  1LC振蕩電路的周期公式、頻率公式是教材的重點(diǎn)內(nèi)容通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察得到：電路中振蕩電流的周期、頻率隨著LC回路中的電感L或電容C的改變而改變，并定性地得到電感L大(小)、電容C大(小)周期長(短)的結(jié)論如有條件可用秒表測量周期，進(jìn)行簡單測量、計(jì)算，用比例法進(jìn)行估算T與

2、L、C值的關(guān)系，將會更有說服力2分別從電容器的充放電作用和電感線圈的自感作用，對公式T=2加深對公式的理解，并有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生的理解能力和分析能力中各個物理量的單位；各單位都要使用它們的國際單位制中的主單位  三、教具  1LC振蕩回路示教板，準(zhǔn)備兩個以上電感不同的線圈(可拆變壓器的220V線圈)和電容器，如有條件可備用電壓較高的直流電源(例如45V的干電池等)，演示時(shí)阻尼振蕩現(xiàn)象更明顯2大屏幕示波器(觀察振蕩電流周期變化情況)等  四、主要教學(xué)過程  (一)引入新課在以前研究彈簧振子、單擺在做簡諧振動的過程中，已經(jīng)知道振動的周期(或頻率)只與其本身

3、的條件有關(guān)，例如彈簧振子的周期只取決于輕彈簧的勁度系數(shù)k和振子的質(zhì)量；單擺的周期只取于擺長l和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的大小，而與其它因素?zé)o關(guān)，那么LC回路中的振蕩電流的周期(或頻率)又是由什么因素決定的？電感L、電容C的大小對振蕩的快慢有怎樣的影響？與電容器帶電量的多少(或電壓的高低)有沒有關(guān)系？下面就來研究這個問題(二)主要教學(xué)過程設(shè)計(jì)1提出問題(1)機(jī)械振動中，周期和頻率的概念、意義是什么？單擺做簡諧振動中，它的周期和頻率由什么決定？(2)電磁振蕩或振蕩電流變化的快慢如何來描述？那么，電磁振蕩的周期和頻率的意義是什么？在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上，歸納指出：振蕩電路里發(fā)生無阻尼自由振蕩時(shí)的周期和頻率叫做

4、振蕩電路的固有周期和固有頻率對比，聯(lián)系單擺的振動，初步猜測一下電磁振蕩的周期和頻率與什么因素有關(guān)系？與LC回路中的電感L、電容C有何種關(guān)系(定性)？2演示實(shí)驗(yàn)簡介圖 1所示電路：多抽頭帶鐵心的線圈，L值較大(可用可拆變壓器的220V或二個110 V線圈串聯(lián)而成)；23個電解電容器(100F，500F，1000F)演示電流表(指針在表盤中央)，二個電源(6V、45V)等操作和觀察：觀察什么？(電流表指針擺動的快慢)選用不同的L或C值，發(fā)生電磁振蕩時(shí)，電流表指針擺動的快慢程度(周期和頻率)與L、C值的初步關(guān)系是什么？啟發(fā)同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推理、分析得到：電容C不變時(shí)，電感L越大，振蕩周期T就越長，

5、頻率變低；當(dāng)電感L不變時(shí)，電容C越大，振蕩周期就越長，頻率變低換用不同電壓的電源，當(dāng)L、C值不變時(shí)，表針擺動的快慢程度相同(僅擺動次數(shù)不同)在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上小結(jié)指出：LC振蕩電路的固有周期(T)和固有頻率(f)，決定于電路中線圈的電感L和電容器的電容C提出問題：上述現(xiàn)象如何解釋？歸納指出：電容越大，容納電荷就越多，充放電需要的時(shí)間就越長，因而周期就長，頻率就低；線圈的電感L越大，阻礙電流變化的延時(shí)作用就越強(qiáng)，使放電、充電的時(shí)間就越長，因而周期就越長，頻率就越低總而言之，LC電路的周期和頻率由電路本身的性質(zhì)(L、C的值)決定，與電容器的帶電量的多少、電流大小無關(guān)3固有周期和固有頻率公式大量精確

6、的實(shí)驗(yàn)和電磁學(xué)理論都證明：電磁振蕩的固有周期T，跟都用國際單位制單位，比例系數(shù)為2則有公式式中T、f、L、C的單位分別是秒、赫茲、亨利和法拉(單位符號是s、Hz、H、F)上式表明：適當(dāng)?shù)剡x擇電容C和電感L，就可以使電路的固有周期和頻率符合我們的各種需要通常應(yīng)用中是用可變電容器和電感線圈組成LC電路要得到不同周期和頻率的振蕩電流，可通過簡便地改變可變電容器的電容C來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示；亦可通過改變電感L來實(shí)現(xiàn)，如圖3所示4鞏固練習(xí)(含機(jī)動內(nèi)容)例1  如圖4所示的LC振蕩電路中，可變電容器C的取值范圍為10 pF360 pF線圈的電感L=0.10H求此電路能獲得的振蕩電流的最高頻率多大？

7、最低頻率又為多少？當(dāng)電容C為最大值時(shí)(即 C2=360 pF)振蕩電流的頻率最低所以由題給條件，即可求得最高和最低頻率計(jì)算時(shí)注意各量要用相應(yīng)的國際單位制的主單位；電容C1=10 pF=10×10-12F=1×10-11F，C2=360 pF=360×10-12 F=3.6×10-10 F，則有最高頻率f1和最低頻率f2分別為例2  有一LC振蕩電路，當(dāng)電容調(diào)節(jié)為C1=200 pF時(shí)，能產(chǎn)生頻率為f1=500 kHz的振蕩電流，要獲得頻率為f2=1.0×103kHz的振蕩電流，則可變?nèi)萜鲬?yīng)調(diào)至多大？(設(shè)電感L保持不變)可求出線圈電感L再

8、應(yīng)用頻率公式，即可求得f2=1×103kHz時(shí)對應(yīng)的電容C2值：方法對，但較繁，有否更簡便些的求法？應(yīng)用比例法求解較為簡捷，例3  在圖 5(甲)中，LC振蕩電路中規(guī)定圖示電流方向?yàn)殡娏鱥的正方向，則振蕩電流隨時(shí)間變化的圖像如圖5(乙)所示那么，電路中各物理量在一個周期內(nèi)的情況是：_時(shí)刻，電容器上帶電量為零；_時(shí)刻，線圈中的磁場最強(qiáng)；_時(shí)刻，電容器兩板間的電場強(qiáng)度值最大；_時(shí)刻，電路中電流達(dá)到反向最大值；在_時(shí)間內(nèi)是對電容器的充電過程解析：分析這類問題的關(guān)鍵是要搞清電場能和磁場能相互轉(zhuǎn)化的過程，以及它所對應(yīng)的物理狀態(tài)和物理量間的關(guān)系由題圖可知電容器C正在放電，當(dāng)t=0時(shí)，C

9、帶電量最多，兩板間電壓最大，電場能也最大而此時(shí)磁場能最小(為零)對應(yīng)的電流i最小(為零)；隨著C放電的持續(xù)，帶電量、電壓、電場能將逐漸減小，而磁場能、電流i將逐漸變大當(dāng)C放電完畢時(shí)，電場能減為零，C帶電量、電壓也減為零，而磁場能、電流達(dá)到最大，之后由于電感L和電容C的作用，將對電容反向充電，直至最大依此類推，故可得知，A、C時(shí)刻電流最大，磁場最強(qiáng)，電場為零，C帶電量為零當(dāng)電流為零時(shí)(對應(yīng)圖中的O、B、D)，電容器上帶電量最多，相應(yīng)的電場強(qiáng)度值為最大同理可知C時(shí)刻電流達(dá)到最大，電容經(jīng)過T/4放電完畢后，緊接著又對電容反向充電，又經(jīng)T/4，充電到最大值，即帶電量、電壓、電場能達(dá)最大，磁場能、電流變

10、為零，這個過程對應(yīng)著圖中的AB，類似的道理可知CD也是對電容的充電過程(三)課堂小結(jié)1LC振蕩電路的周期公式、頻率公式要理解其物理含義，它只由電路本身的特性(L、C值)決定，所以叫做固有周期和固有頻率，應(yīng)用中，通過改變LC回路中的電感L或電容C，周期和頻率也隨之改變，滿足各種需要2應(yīng)用周期公式、頻率公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要特別注意各物理量的單位，常用電容器的單位有微法(F)和皮法(pF)，代入公式時(shí)一定要換為法(F)，電感L的單位有時(shí)是毫亨或微亨(mH或H)，代入公式時(shí)要換為亨(H)，這樣得到的周期和頻率的單位才是正確的(秒和赫茲)(四)布置作業(yè)本節(jié)書后練習(xí)外加一個補(bǔ)充題(計(jì)算題或論述題)  五、教學(xué)說明  1LC振蕩電路的周期公式、頻率公式，現(xiàn)階段不能從其它知識推導(dǎo)出來，所以做好演示實(shí)驗(yàn)就顯得尤為重要改變電感L或電容C時(shí)，觀察指針擺動的快慢，定性得到T、f隨L、C值變化的關(guān)系如果實(shí)驗(yàn)條件較好，能找到幾個有準(zhǔn)確值的電容器和電感線圈，再配