《電磁波的發(fā)現(xiàn)》教學(xué)設(shè)計

1、學(xué)習(xí)好資料歡迎下載【課題】 §3.2 電磁波的發(fā)現(xiàn)【教學(xué)目標(biāo)】1了解赫茲實驗以及它的重大意義。2知道振蕩電流、振蕩電路、LC 回路的概念。了解LC 回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程，知道在電磁振蕩過程中，LC 回路中的能量轉(zhuǎn)化情況；知道電磁振蕩的周期和頻率的決定因素。3了解要有效地發(fā)射電磁波應(yīng)滿足的條件4了解電磁波的特點【學(xué)情分析】在學(xué)了麥克斯韋電磁理論及其預(yù)言之后，學(xué)習(xí)本節(jié)知識順理成章，且學(xué)生已具備了理解赫茲實驗的電磁學(xué)基本知識之一：電磁感應(yīng)；本節(jié)還向?qū)W生介紹了理解赫茲實驗以及理解電磁波發(fā)射技術(shù)的基本知識之二：電磁振蕩及其規(guī)律，這部分知識具有一定的難度；另外學(xué)生接觸電磁波尚屬新知，其復(fù)雜的

2、多個特點理解起來也有一定難度?！窘虒W(xué)思路】教學(xué)中一定要把握好新課標(biāo)的要求，不可對學(xué)生要求過高，增加學(xué)習(xí)難度，增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。了解的面要寬廣，但不可過深，教學(xué)中應(yīng)多聯(lián)系實際，多聯(lián)系學(xué)生的感性知識，因為在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的當(dāng)今，學(xué)生在生活中應(yīng)該積累了較多的關(guān)于電磁波的知識?！窘虒W(xué)重點、難點】1、理解 赫茲實驗以及它的重大意義2、理解電磁振蕩及振蕩電流的產(chǎn)生3、了解要有效地發(fā)射電磁波應(yīng)滿足的條件及電磁波的特點【教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方法】1 教法：指導(dǎo)閱讀法、指導(dǎo)式講授。2 學(xué)法：閱讀思考、討論交流。【教學(xué)流程】赫電電電磁電磁磁茲波磁波波實的振的的驗發(fā)蕩發(fā)特及現(xiàn)射點新課教學(xué)典例分析課堂練習(xí)課堂小結(jié)學(xué)習(xí)

3、好資料歡迎下載【教學(xué)過程及知識要點】一、電磁波預(yù)言的實現(xiàn) 赫茲實驗麥克斯韋的電磁理論特別是電磁波的預(yù)言，深邃而新穎，以至在其問世后相當(dāng)一段時間內(nèi)沒有得到普遍的認(rèn)同，甚至有的科學(xué)家對此表示懷疑。直到 1887 年，德國物理學(xué)家赫茲才用實驗發(fā)現(xiàn)了電磁波。了解赫茲實驗裝置：發(fā)射部分和接收部分。（看書了解）發(fā)射部分：開放的振蕩器（裝有小銅球的兩塊金屬板、線圈、電源等）接收部分：是一個帶有兩個小銅球的開口的金屬環(huán)實驗現(xiàn)象： 赫茲實驗的貢獻(xiàn)在于用實驗證實了電磁波的存在，即麥克斯韋電磁理論的正確性。為人類利用電磁波奠定了重要的基礎(chǔ)，預(yù)示著廣泛利用電磁波技術(shù)的時代即將到來。二、電磁振蕩在振蕩電路里產(chǎn)生振蕩電流

4、的過程中，由容器極板上的電荷，通過線圈的電流，以及跟電流和電荷相聯(lián)系的磁場和電場都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象，叫做電磁振蕩。1.LC 振蕩電路由自感線圈和電容器組成的電路就是最簡單的振蕩電路，簡稱LC 回路。 在 LC 回路里，產(chǎn)生的大小和方向都做周期性變化的電流，叫做振蕩電流。如圖所示，先將電鍵S 和 1 接觸，電鍵閉合后電源給電容器C 充電，然后S 和 2 接觸，在LC 回路中就出現(xiàn)了振蕩電流。大小與方向都做同期性變化的電流叫振蕩電流2電磁振蕩在產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器上極板上的電荷q，電路中的電流i，電容器內(nèi)電場強(qiáng)度E，線圈中磁感應(yīng)強(qiáng)度B 都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩（1）從振

5、蕩的表象上看：LC 振蕩過程實際上是通過線圈L 對電容器C 充、放電的過程。（ 2）從物理本質(zhì)上看： LC 振蕩過程實質(zhì)上是磁場能和電場能之間通過充、放電的形式相互轉(zhuǎn)化的過程。3振蕩的周期和頻率電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間叫做周期。一秒鐘內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)叫做頻率。在電磁振蕩發(fā)生時，如果不存在能量損失，也不受外界其它因素的影響，這時的振蕩周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率。理論研究表明，周期 T 和頻率 f 跟自感系數(shù) L 和電容 C 的關(guān)系： T 2LC ， f1。2LC4 LC 振蕩過程中規(guī)律的表達(dá)。學(xué)習(xí)好資料歡迎下載（ 1）定性表達(dá)：在 L

6、C 振蕩過程中，磁場能及與磁場能相關(guān)聯(lián)的物理量（如線圈中電流強(qiáng)度、線圈電流周圍的磁場的磁感強(qiáng)度、穿過線圈的磁通量等）和電場能及與電場能相關(guān)聯(lián)的物理量（如電容器的極板間電壓、極板間電場的電場強(qiáng)度、極板上電量等）都隨時間做周期相同的周期性變化。這兩組量中，一組最大時，另一組恰最小；一組增大時，另一組正減小。這一特征正是 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 所決定的。（ 2）定量表達(dá)：（可以通過示波器觀察，參看教材P.61 的實驗）在 LC 振蕩過程中，盡管磁場能和電場能的變化曲線都比較復(fù)雜，但與之相關(guān)的其他物理量和變化情況卻都可以用簡單的正（余）弦曲線給出定量表達(dá)。以 LC 振蕩過程中線圈L 中的振蕩電流i（與磁

7、場能相關(guān)）和電容器C 的極板間交流電壓u（與電場能相關(guān)）為例，其變化曲線分別如圖中所示。t 1t2t3t4tt1t2t3t4t放電充電放電充電放電充電應(yīng)用相關(guān)規(guī)律分析問題時注意：分析電磁振蕩要掌握以下三個要點（突出能量守恒的觀點）：理想的 LC 回路中電場能E 電 和磁場能E 磁在轉(zhuǎn)化過程中的總和不變。 回路中電流越大，L 中的磁場能越大（磁通量越大）。極板上電荷量越大，C 中電場能越大（板間場強(qiáng)越大、兩板間電壓越高、磁通量變化率越大）。5 LC 振蕩過程的階段分析和特殊狀態(tài)（）1如圖中所示，在 O、 t2、 t4 時刻，線圈中振蕩電流i 為 0，磁場能最小，而電容器極板間電壓 u 恰好達(dá)到最

8、大值，電場能最多，在 t1、 t3 時刻則正相反，振蕩電流、磁場能均達(dá)到最大值，而電壓為 0，電場能最少。在 Ot1 和 t2t3階段，電流增強(qiáng)，磁場能增多，而電壓降低，電場能減小，這是電容器放電把電場能轉(zhuǎn)化為磁場能的階段；在t 1t2和 t3t4階段，電流減弱，磁場能減小，而電壓升高，電場能增多，這是電容器充電把磁場能轉(zhuǎn)化為電場能的階段。 1分析振蕩過程屬于“多學(xué)一點”，課不做全面要求。學(xué)習(xí)好資料歡迎下載振蕩電路的狀態(tài)時刻t=0t= Tt= Tt=3TT424電容器極板上最大零最大零最大的電量振蕩電流 ii=0正向最大i=0反向最大I=0電場能最大零最大零最大磁場能零最大零最大零三、電磁波的

9、發(fā)射要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路要滿足如下條件：（ 1 ）要有足夠高的振蕩頻率。（ 2）振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場的能量傳播出去。要有效地向外發(fā)射電磁波一般采用開放電路。其原理如上圖。實際的開放電路如右圖所示四、電磁波的特點：1、電磁波是橫波： 其中電場和磁場互相垂直，且都垂直于電磁波的傳播方向；2、電磁波在真空中傳播的速度等于光在真天線CL2L1地線空中的傳播速度c， c=3.0× 108m/s；3、電磁波具有波的一般特征，也有波長、頻率，它們與波速的關(guān)系為v =f ；與其他波一樣，電磁波也具有能量，電磁波的發(fā)射T過程就是輻射能量的過程；電

10、磁波也可以發(fā)生干涉、衍射、反射、折射等現(xiàn)象；4、電磁波在真空中可以傳播，在介質(zhì)中也可以傳播，所以介質(zhì)對電磁波的傳播并不是必需的?！镜淅贰繉W(xué)習(xí)好資料歡迎下載【例 1】在如圖所示的L 振蕩電路中，當(dāng)線圈兩端MN 間電壓為零時，對電路情況的敘述正確的是【】A 電路中電流最大B 線圈內(nèi)磁場能為零C電容器極板上電量最多D 電容器極板間場強(qiáng)為零解析 ：MN 間電壓為零，即電容器極板間電壓為零，這時極板上無電荷，故板間場強(qiáng)為零，電路中電流強(qiáng)度最大，線圈中磁場能最大答案：AD【例2】如圖所示電路，K 先接通a 觸點，讓電容器充電后再接通b 觸點設(shè)這時可變電容器電容為C，線圈自感系數(shù)為L ，（1）經(jīng)過多長時

11、間電容C 上電荷第一次釋放完？（ 2）這段時間內(nèi)電流如何變化？兩端電壓如何變化？（ 3）在振蕩過程中將電容 C 變小，與振蕩有關(guān)的物理量中哪些將隨之改變？哪些將保持變化？解析 ：（ 1）極板上電行由最大到零需要1 4 周期時間，所以t=T/4= LC / 2（ 2）從能量角度看，電容器釋放電荷，電場能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?，待電荷釋放完畢時，磁場能達(dá)到最大，線圈兩端電壓與電容兩極板間電壓一致，由于放電，電容兩極板間電壓由最大值減至零，線圈兩端電壓也由最大值減為零。值得注意的是這段時間內(nèi)電流由零逐漸增大。當(dāng)線圈兩端電壓為零時，線圈中電流強(qiáng)度增至最大。千萬不要把振蕩電路看成直流電路，把電容器看成一個電源，把

12、線圈看成一個電阻這里電磁能沒有被消耗掉，只是不斷地相互轉(zhuǎn)化。在直流電路中， 電阻上通過的電流和電阻兩端的電壓，變化步調(diào)一致，電壓大電流也大，電壓小電流也小。在振蕩電路中，存在自感現(xiàn)象及線圈電阻為零的情況，電流和電壓變化步調(diào)不一致，所以才出現(xiàn)電壓為零時電流最大的現(xiàn)象。（3）在振蕩過程中，當(dāng)電容器C 變小時，根據(jù)周期公式，周期T 變小，頻率f 增大。同時不論是增大電容極板間的距離d，還是減小正對面積S，電容 C 變小，外力都對電容做功，振蕩電路能量都增加，故電場能、磁場能、磁感強(qiáng)度和振蕩電流的最大值都增加。極板上電荷最大值將不變，極板電壓最大值將增加。若減小正對面積 S 使電容 C 變小時，電場強(qiáng)

13、度最大值增加。【課堂練習(xí)】1某時刻 LC 回路中電容器中的電場方向和線圈中的磁場方向如CL右圖所示。則這時電容器正在_（充電還是放電） ，電流大小正在_（增大還是減小） 。A K bL 22右邊兩圖中電容器的電容都是C=4×10-6F，電感都是 L=9×10 4H，左圖中電鍵C2C1L1KK 先接 a，充電結(jié)束后將K 扳到 b；右圖中電鍵K 先閉合，穩(wěn)定后斷開。兩圖中 LC 回路開始電磁振蕩 t=3.14 ×10 4s 時刻， C1 的上極板正在 _電（充電還是放電） ，帶_電（正電還是負(fù)電） ；L 2 中的電流方向向 _(左還是右 )，磁場能正在 _（增大還是減

14、?。?。學(xué)習(xí)好資料歡迎下載【課堂小結(jié)】了解要點：1、赫茲實驗發(fā)現(xiàn)電磁波并證實了電磁波麥克斯韋電磁理論的正確性；2、了解發(fā)射電磁波的基本原理和技術(shù)：采用開放的振蕩電路；3、了解電磁波的基本性質(zhì)和特點：（略）【家庭作業(yè)與活動】1、 思考 -討論 -練習(xí)： P.64家庭作業(yè)與活動1、 2、 3* 、 4* 、 52、 【課后閱讀】赫茲生平 （Heinrich Rudolf Hertz 18571894）赫茲是德國物理學(xué)家，1857 年 2 月 22 日出生于漢堡。在求學(xué)時代，他就被光學(xué)和力學(xué)實驗所吸引。1878年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)， 1879 年在物理競賽中成績出眾，獲金質(zhì)獎?wù)拢?第二年獲博士學(xué)位，當(dāng)了亥

15、姆霍茲的助手。1885年任卡爾斯魯高等工業(yè)學(xué)院物理學(xué)教授，1889 年接替克勞修斯任波恩大學(xué)理論物理學(xué)教授，同年當(dāng)選為柏林科學(xué)院通訊院士。赫茲在物理學(xué)上最主要的貢獻(xiàn)是用實驗成功地證明了電磁波的存在，并且完善了麥克斯韋的電磁場理論。1888 年 10 月，赫茲在卡爾斯魯高等工業(yè)學(xué)院物理實驗室用放電線圈做火花放電實驗，偶然發(fā)現(xiàn)和放電線圈靠得很近的另一個開口的絕緣線圈中有電火花跳過。這引起了他的注意，立即想起以前亥姆霍茲曾提出讓他研究驗證麥克斯韋電磁場理論的問題。 他設(shè)計了一個裝置來進(jìn)行實驗 .他在感應(yīng)圈 C 的兩個電極上各接一根 30cm 長的銅棒 A、B，每根銅棒一頭各接一個黃銅小球，另一頭接邊

16、長為40 cm 的正方形黃銅板，讓兩個黃銅小球相對著，組成發(fā)生器。當(dāng)通電時，發(fā)生器的銅球間產(chǎn)生高頻振蕩火花。另外，他用一段導(dǎo)線彎成環(huán)狀，兩端各接一個銅球作為檢波器（如上圖），檢波器距離電磁波發(fā)生器10 m. 發(fā)生器的兩個銅球間產(chǎn)生電火花時，他在檢波器的兩個銅球間隙也看到了電火花。赫茲用這樣簡單的儀器成功地證明了電磁波的存在。赫茲的實驗報告轟動了科學(xué)界。之后，赫茲又設(shè)計實驗，利用一塊鋅板反射電磁波，并利用入射波和反射波疊加后產(chǎn)生的駐波波長和發(fā)生器振蕩頻率計算出電磁波的波速。最后的計算結(jié)果與麥克斯韋預(yù)料的完全相同 等于光速。赫茲還通過實驗確認(rèn)電磁波是橫波，具有光波的一切特征：能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉和有偏振性，從而全面驗證了光的電