高二物理选修3-4 电磁振荡.doc

高二物理选修3-4 电磁振荡 [教学目标] 1、知识与技能 1）．知道LC回路的构成和振荡电流的概念．了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用． 2）．会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况． 3）．知道LC回路的地周期和频率公式． 2、过程与方法 1）通过对LC回路演示实验的观察，明确LC回路产生振荡电流的大小和方向都在作周期性变化。 2）通过对振荡电流演示实验的观察，明白LC回路里产生的振荡电流是按正弦或余弦规律变化的 3）通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力． 3情感、态度与价值观 经历“讨论与交流”培养学生乐于表达的习惯和虚心好学、团结协作的学习态度。 通过观察两个演示实验，培养学生善于观察、尊重事实、勤于思考的学习习惯。 [重点、难点分析] LC回路产生电磁振荡, 分析重点应放在电场能和磁场能的转化上；其次要明确转化条件是电感线圈自感作用和电容器的充放电作用，可借助单摆振动类比，形容电磁振荡中能量的转化情况。 [教具] LC振荡电路演示仪、课件 教学过程 课题的引入 在我们乘飞机旅行时，空中小姐请我们系上安全带的同时，会特别强调：为了您和飞机的安全，请把手机、手提电脑关闭，这是为什么呢？ （提出问题，引起学生思考） 这是因为手机发射的电磁波会对飞机的雷达系统、导航系统形成干扰，使这些设备不能正常工作。实际上，无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波．现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词． 那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？就要从电磁振荡开始学习． 演示实验 （观察演示实验：LC回路和电磁振荡现象） 介绍仪器装置，提醒学生注意观察：电容C、电感L、电流表G、电池组。 （投影） 电路图 （定义）由电感线圈和电容器组成的电路我们称之为LC振荡电路。 （演示实验）接着把开关扳到电池组一边，给电容器充电，稍后把它扳到a端，让电容器放电 （学生观察实验后描述实验现象） （定义）LC振荡电路产生的电流称为振荡电流 （比较）在力学中我们已经学习了有关简谐振动的知识，要使振动系统能产生振动，仅有系统本身还不够，在开始前应先注入初始的能量。同样，在LC振荡电路中也需要注入初始的能量，现在我们采用的方法：如图1，当电建S和b接通，电源给电容器充电，在电容器中存入电场能。 （设问）振荡电流是如何产生的？接下来，我们来分析这个问题。 运用多媒体辅助手段，分阶段分析电磁振荡过程 ①给电容C充电——如图2所示，电容器中储存一定的电场能(E电)． ②电容C放电，如图3所示，电场能转化为磁场能：C上带电量、电场能(电压)逐渐减小(降低)，电路中的电流、磁场能则逐渐增大，请同学们想一下这样转化的条件是什么？为什么是“逐渐”的？随后指出这是由于电容器C的放电作用(两极板上正、负电荷的吸引作用)和电感L中电流变化时产生的自感电动势的“阻碍”作用所至．当C放电完了时，如图4所示(电场能为零，Qc=0，Uc=0)，磁场能达到最大(与之对应的振荡电流也达到最大(Im)． ③反向充电过程，如图5所示，是磁场能转化为电场能的过程，C放电完了时，由于L的自感作用，电路中移动的电荷不能立即停止运动，仍保持原方向流动，经C反向充电，同理则有i减小，E磁减小，而E电增大(Qc，Uc也随之增大)．直到E磁(i)减为零，E电(Qc，Uc)增为最大，如图6所示． ④电容C再次反向放电过程，——如图7所示，同理可知E电(Qc，Uc)减小，直到为零，E磁(i)增大，直到最大(Im)如图8所示．如此下去，回路中就产生了振荡电流． 归纳总结指出： 像上述情况，电路中的电场能和磁场能(与之对应的电荷Q和电流i)做周期性交替变化的现象叫做电磁振荡现象，微观实质是导线中的电子在其平衡位置附近做简谐振动． 电场能与电容器上的电荷有关，Q，E电场能， 磁场能与流过线圈的电流有关，I，E磁场能， 在理想的LC振荡电路中，在任何时刻，电场能和磁场能的总和不变。 动画演示：各物理量的周期性变化 动画演示：电磁振荡与单摆的对比 电源给电容器充电相当于把摆球从平衡位置拉到最高点，作为震动的初始条件。电场能相当于重力势能，磁场能相当于动能，放电过程是把电场能转化为磁场能，相当于摆球从最高点摆至最低点，重力势能转化为动能。 （关键：抓住放电、充电结束时刻的特点） LC回路中 简谐振动? ①给电容器充电 ②电容C ③电感L(相当于惯性) ④电荷Q