人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡教学设计

电磁振荡

【教学目标】

1．理解振荡电路和振荡电流的定义。

2．知道等幅振荡和减幅振荡概念。

3．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大小和方向的变化情况。

4．理解振荡电流产生的原因及本质。

【教学重难点】

1．通过实验总结概念：振荡电路、振荡电流、减幅振荡以及等幅振荡等。

2．分析LC回路中振荡电流的产生过程是本节的重点和难点，电磁振荡产生的物理过程较为抽象，所以重点放在电路中电场能和磁场能的相互转化规律。还必须明确回路电流与电容器板上电荷的变化情况恰好相反，电流增大，电荷减少；电流最大，电荷最小（为零），以及回路中各个物理量之间的变化规律。

3．理解振荡电流产生的原因及本质。

【教学方法】

举例、提问、小组实验、多媒体课件、讨论等。

【实验器材】

电容C、电感L、电流表G、电池组、导线、开关等

【教学过程】

（1）新课引入

日常生活中打电话是通过什么传播实现信息交互？利用电磁波。简单举例生活中电磁波的应用，提出电磁波到底如何产生的？类比机械波，电磁波和机械波一样，产生需要一个波源。那么这个“波源”究竟是什么呢？复习回顾麦克斯韦电磁场理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。要产生电磁波，空间需要一个周期性变化的电场或磁场。那么如何才能产生这样一个周期性变化的电场或磁场呢？这就是今天我们学习的内容：电磁振荡。

（2）新课教学

1．小组实验：

介绍仪器：电容C、电感L、电流表G、电池组Ec、晶体管振荡器、示波器。

实验过程：接入LC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端，让电容器放电。（提醒学生注意观察电流表指针的变化）

现象和分析：

现象：电流表指针左右摆动。

表明：电路中产生大小和方向做周期性变化的电流。

引出概念：

振荡电流——大小和方向交替变化的电流。

振荡电路——能产生振荡电流的电路。（LC振荡电路）

传感器中的I-t图像显示（进行能量补充后观察示波器波形）

减幅振荡和等幅振荡

1．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，叫做减幅振荡。

（1）电阻热效应，部分能量转化为内能。

（2）电磁辐射，部分能量以电磁波的形式辐射。

2．振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅将不变，叫做等幅振荡。

（1）回路电阻可忽略

（2）电磁辐射可不计

现象：若理想LC回路，则产生的振荡电流按正弦规律周期性变化。

表明：振荡电流实质就是高频的交流电。

2．分析振荡电流的产生过程

（1）电场能与电容器上的电荷有关，q↑、电场能E电↑，q↓、电场能E电↓

（2）磁场能与流过线圈的电流有关，i↑、磁场能E磁↑，i↓、磁场能E磁↓

（3）q↑、i↓，q↓、i↑

（4）放电过程是电场能转换磁场能的过程。

（5）充电过程是磁场能转换电场能的过程。

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。

q-t以及I-t图像描述：

电磁振荡的周期和频率：

周期：电磁振荡完成一次周期性变化的时间。

频率：一秒内完成周期性变化的次数。

电磁振荡的变化规律本质：电场能与磁场能交替转化

一个周期内振荡电流的方向变化两次，电场能（磁场能）

完成两次周期性变化（充放电各2次）。

思考与讨论：

电容较大时，电容器充电、放电的时间长些还是短些？线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电时间长些还是短些？

根据上面的讨论结果，定性地讲，LC电路的周期（频率）与电容C、电感L的大小有什么关系？

理论分析及图像分析：LC电路的周期（频率）

（1）T、f 、L、C的单位分别是s、Hz、H、F。

（2）周期（频率）仅由L、C决定。

课堂小结：

1．理想LC振荡电路中的振荡电流按正弦规律变化。

2．电磁振荡分减幅振荡和等幅振荡。

3．电磁振荡的原因和本质。

4．LC振荡电路中电磁振荡的固有周期

5．LC振荡电路中电磁振荡的频率

课堂练习：

1．在LC振荡电路中，当电容器上电量最大（充电完毕）的瞬间：（    ）

A．电场能正在向磁场能转化；

B．磁场能正在向电场能转化；

C．电场能向磁场能转化刚好完毕；

D．磁场能向电场能转化刚好完毕。

2．LC回路中电容器两端电压u随时间t的变化关系如图所示，则（    ）

A．在时刻t1电路中电流最大；

B．在时刻t2电路中的磁场能最大；

C．从时刻t2至t3，电路中的电场能不断增大；

D．从时刻t3至t4，电容器的带电量不断增大。