高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡表格导学案

教学过程(表格描述)

时间安排

教学环节

主要教学活动

设计意图

3分钟

核心问题的引入

展示活动：

周末作业：寻找生活中能够利用电磁波的设备和应用场景。

教师分类展示周末作业。

教师总结：这说明电磁波在我们生产生活中占有十分重要的地位，老师也同样展示一个应用电磁波的例子——旅行者一号是目前人类发射最远的探测器。在60亿千米外给地球照了一张照片，用利用电磁波传回了地球。既然电磁波如此重要，

问题1：那么如何持续产生电磁波呢？

通过周末作业让学生寻找生活中应用电磁波的例子，体会电磁波在生活中的广泛应用，同时给予认真上交作业同学的一个正向反馈。

7分钟

核心问题的逻辑推演

类比学习：

教师引导：

初中我们学过声音的产生条件，声音就是就是我们所说的声波，一切发声的物体都在振动。说明声波是由声源振动形成的。敲动音叉，音叉发生振动，就会产生一个向外传播的声波，要持续产生声波，则需要不断地敲击音叉。请你通过类比，想一想如何持续产生电磁波呢？

学生类比思考：

可能会猜到类似于声源振动一类的回答。但是应无法答出变化电磁场概念。

教师引导回顾：

同学们可能忘记必修三电磁波的发现及其应用这部分内容了。我帮助大家回忆一下：

麦克斯韦预言：

1、变化的磁场产生电场；

2、变化的电场产生磁场；

3、变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。

4、变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播。

学生类比思考：

教师引导：

问题2：那么如何持续产生变化电磁场（变化电场或变化磁场）呢？

学生思考（针对学生的反应情况，选择是否提出电流磁效应）

结论：

由于目前学生还没有学习机械波和机械振动相关概念，学生无法类比这部分知识学习这部分内容。所以想通过声音的产生，类比电磁波产生。符合学生认知，引导学生认识电磁振荡的重要地位。

这部分内容虽然是必修三学过，但是依旧是记忆部分比较多，学生很难理解。为了让学生回忆起这部分内容，在本周的周末作业中，留下了回顾本节知识的内容。

预设学生的思考问题，学生可能无法理解书中简单的持续变化电流会产生电磁波这一推理结论。

30分钟

核心问题深度展开

教师引导：

问题3：那么如何持续产生变化电流呢？

学生可能回答：

要持续产生变化电流有两种：一种是交流发电机，一种是电容器的充放电的过程。

我们现在用电容器来产生持续变化的电流。

演示实验：观察振荡电路中电压的波形

把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。

先把开关置于电源一侧，为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。观察电脑显器显示的电流波形。

（一）电磁振荡的产生

1.概念

在前面的实验中电路的电压发生周期性的变化，电流也发生周期性的变化。并且由于周期很短也就变化很迅速，导致频率就很高，所以在物理上把这种高频交流电流称为震荡电流。即

①大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫振荡电流。

想一想与交流电有何区别？

振荡电流实际上就是交变电流，不过习惯上指频率很高的交变电流。所以我们采用电容器来提供变化的电流，如果用发电机，那么它的转速要达到3000转以上，这对设备将会是一个很大的考验。

②振荡电路：能够产生振荡电流的电路。

当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。像现在的这个那就是一个最简单的振荡电路。

问题4：LC振荡电路产生振荡电流的原因是什么？

小组思考与讨论

1.   电容刚开始正向放电时，电容所带电荷量Q是怎样的？电路中是否存在电流？
2.   电容正向放电过程中，电流的方向是怎样的？振荡电路中电感会发生自感现象，自感作用是什么？电流大小是如何变化的？电容所带电荷量如何变化？
3.   电容电荷量所带电量Q为多少时，标志电容正向放电完毕，电流是怎样的？
4. 仿照第1、2、3问，在学案表格中完成LC振荡电路、电容所带电量Q、振荡电路电流I的表格内容。
5. 电容器内电场强度E、线圈的磁感应强度B如何变化？填写在表格对应的位置。

讨论并完善：

2.振荡电路的工作原理

a.电容器充电结束，两极板上的电荷最多。

b.电容器开始放电，回路中电流从0开始逐渐增到最大。两极板电荷量从最大减为0。

过程性提问：那放电过程结束后，电流会从最大值直接变为零吗？

c.当然不会啦，因为线圈有自感效应，它会阻碍电路中的电流变小。所以电流会保持原来的流向，并逐渐减小到零。所以当自感线圈给电容器反向充电结束，回路中电流从最大减为0，两极板电荷量从0变回最大。

d.电容开始反向放电。

e.自感线圈给电容器反向充电，于是整个电路回到最开始状态。完成了一个变化周期之后不断的重复。

结论：

LC振荡电路产生振荡电流的物理原因是：电容器的充放电作用和线圈的自感作用。

3.电流、电量的变化图像

首先电容刚开始放电时，极板上的电荷是上正，下负。若以逆时针方向为电流正方向，那在正向放电的这个过程中，上极板的电量由正向最大减少到零。而回路中的电流，则由零增加到正向最大，放电结束。

然后由于线圈的自感作用，电流不会立马变成0，对应图像是从最大慢慢变成0。而这也是电路中电容一直在反向充电，电荷上负下正，所以图像是从零慢慢变为反向最大，充电结束。

接着电路中充满反向电荷的电容又要放电了。但是电流方向相反这种图像中电流就是零增加到反向最大，相应电荷就从反向最大减小为零，放电结束。但之后又由于线圈的自感作用，反向电流一样不会立马为0，对应图像中电流是从反向最大减少为零，而此时电路中，电容一直被正向充电电荷上正下负，所以图像是从零慢慢变为正向最大，充电结束。

至此在一个周期内，电容器经历两次充电和两次方面，并且电容器上的电压，电场强度和电场能跟电量一样，图像同步变化，而线圈的磁感应强度磁场能的跟电流一样图像同步变化。而两组之间对比下图像，变化正好相反。

在整个过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度 E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。

小组思考与讨论

6.电磁振荡中，能量是如何变化的？讨论后填写学案中表格。

讨论并完善：

（二）电磁振荡中的能量变化

电场能→磁场能→电场能→磁场能→电场能。LC振荡电路产生振荡电流的物理实质是电场能和磁场能的周期性转换。所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。只不过变化的步调相反。

如果没有能量损失，振荡可以永远持续下去，振荡电流的振幅保持不变。这是种理想情况。

任何电路都有电阻，电路中总会有一部分能量会转化为内能。另外，还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。这样，振荡电路中的能量就会逐渐减少，振荡电流的振幅也就逐渐减小，直到最后停止振荡。

实际电路中：由电源通过电子器件为LC电路补充能量。

这部分学生回答交流发电机的几率比较大，因为刚刚学完交变电流。如果答不出电容的充放电，教师直接给出。

通过实验，给予学生对振荡电路最直观的感受

介绍实际电路板，说明实验过程，让学生关注实验本身。

板书概念性的知识，让学生有认识。

辨析振荡电流和交变电流，回答学生可能疑问。

5分钟

核心问题的继续讨论

我们这节课探讨了如何产生电磁波？我们利用振荡电路来产生振荡电流，振荡电流产生变化电磁场，最终产生电磁波。