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2019-2020年高中物理 第三章3.1《電磁振蕩》教案 粵教版選修3-4 本章在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)等章的基礎(chǔ)上，論述電磁振蕩和電磁波的理論和實(shí)踐知識(shí)，而本節(jié)既是本章的基礎(chǔ)內(nèi)容，又是本章的一個(gè)重要組成部分，具有比較特殊的地位。分析LC電路中震蕩電流的產(chǎn)生過(guò)程是本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，電磁振蕩產(chǎn)生的物理過(guò)程比較抽象，所以重點(diǎn)放在電路中電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律。此外，本節(jié)內(nèi)容的掌握程度直接影響《電磁場(chǎng)和電磁波》一章的學(xué)習(xí)，因此本節(jié)的重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的觀(guān)察能力和分析能力，為以后的學(xué)習(xí)鋪平道路，真正體現(xiàn)“以學(xué)生發(fā)展為本”的教學(xué)理念，致力于改變以傳授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式。 在教學(xué)過(guò)程中，由于涉及到很多抽象的概念及規(guī)律，所以在教學(xué)手段上考慮采用：舉例、提問(wèn)、演示、實(shí)驗(yàn)、討論、類(lèi)比等教學(xué)方法，并使用多媒體手段，使實(shí)驗(yàn)中難以體現(xiàn)的內(nèi)容和實(shí)質(zhì)得以充分的展示，讓學(xué)生有足夠的時(shí)間去思考，去發(fā)現(xiàn)。具體流程如下： 引入新課 概括振蕩電流和振蕩電路的概念 分析：振蕩電流的產(chǎn)生過(guò)程 描繪：振蕩電流的變化規(guī)律 說(shuō)明阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩兩個(gè)概念 將LC振蕩與簡(jiǎn)諧振動(dòng)進(jìn)行類(lèi)比 練習(xí)鞏固 二、課前準(zhǔn)備 [教學(xué)目標(biāo)] 1．理解LC回路中產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程．了解電容器的充電、放電作用及電感阻礙電流變化的作用． 2．會(huì)分析振蕩電流變化過(guò)程中，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，并會(huì)分析振蕩電流在一個(gè)周期變化過(guò)程中，電容器上電荷的變化情況及電感線(xiàn)圈中電流的大小和方向的變化情況． 3．知道阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩的區(qū)別，以及振幅減小的原因． 4．通過(guò)觀(guān)察演示實(shí)驗(yàn)，概括出電磁振蕩等概念，培養(yǎng)學(xué)生的觀(guān)察能力、類(lèi)比推理能力，以及理解和概括能力． [重點(diǎn)、難點(diǎn)分析] LC回路產(chǎn)生電磁振蕩, 分析重點(diǎn)應(yīng)放在電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化上；其次要明確轉(zhuǎn)化條件是電感線(xiàn)圈自感作用和電容器的充放電作用，可借助單擺振動(dòng)類(lèi)比，形容電磁振蕩中能量的轉(zhuǎn)化情況。 [教具] LC振蕩電路演示儀、課件 三、教學(xué)過(guò)程 課題的引入 在我們乘飛機(jī)旅行時(shí)，空中小姐請(qǐng)我們系上安全帶的同時(shí)，會(huì)特別強(qiáng)調(diào)：為了您和飛機(jī)的安全，請(qǐng)把手機(jī)、手提電腦關(guān)閉，這是為什么呢？ （提出問(wèn)題，引起學(xué)生思考） 這是因?yàn)槭謾C(jī)發(fā)射的電磁波會(huì)對(duì)飛機(jī)的雷達(dá)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)形成干擾，使這些設(shè)備不能正常工作。實(shí)際上，無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈、宇宙飛船等，傳遞信息和跟地面的聯(lián)系都要利用電磁波．現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)部門(mén)，幾乎都離不開(kāi)“電磁波”，可以說(shuō)“電”作為現(xiàn)代文明的標(biāo)志，“電磁波”就是現(xiàn)代文明的神經(jīng)中樞，或者叫現(xiàn)代化的代名詞． 那么，電磁波是什么？它是怎樣產(chǎn)生的？就要從電磁振蕩開(kāi)始學(xué)習(xí)． 演示實(shí)驗(yàn) （觀(guān)察演示實(shí)驗(yàn)：LC回路和電磁振蕩現(xiàn)象） 介紹儀器裝置，提醒學(xué)生注意觀(guān)察：電容C、電感L、電流表G、電池組。 （投影） 電路圖 （定義）由電感線(xiàn)圈和電容器組成的電路我們稱(chēng)之為L(zhǎng)C振蕩電路。 （演示實(shí)驗(yàn)）接著把開(kāi)關(guān)扳到電池組一邊，給電容器充電，稍后把它扳到a端，讓電容器放電 （學(xué)生觀(guān)察實(shí)驗(yàn)后描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象） （定義）LC振蕩電路產(chǎn)生的電流稱(chēng)為振蕩電流 （比較）在力學(xué)中我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的知識(shí)，要使振動(dòng)系統(tǒng)能產(chǎn)生振動(dòng)，僅有系統(tǒng)本身還不夠，在開(kāi)始前應(yīng)先注入初始的能量。同樣，在LC振蕩電路中也需要注入初始的能量，現(xiàn)在我們采用的方法：如圖1，當(dāng)電建S和b接通，電源給電容器充電，在電容器中存入電場(chǎng)能。 Flash課件演示剛才的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 （設(shè)問(wèn)）振蕩電流是如何產(chǎn)生的？接下來(lái)，我們來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題。 運(yùn)用多媒體輔助手段，分階段分析電磁振蕩過(guò)程 ①給電容C充電——如圖2所示，電容器中儲(chǔ)存一定的電場(chǎng)能(E電)． ②電容C放電，如圖3所示，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能：C上帶電量、電場(chǎng)能(電壓)逐漸減小(降低)，電路中的電流、磁場(chǎng)能則逐漸增大，請(qǐng)同學(xué)們想一下這樣轉(zhuǎn)化的條件是什么？為什么是“逐漸”的？隨后指出這是由于電容器C的放電作用(兩極板上正、負(fù)電荷的吸引作用)和電感L中電流變化時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)的“阻礙”作用所至．當(dāng)C放電完了時(shí)，如圖4所示(電場(chǎng)能為零，Qc=0，Uc=0)，磁場(chǎng)能達(dá)到最大(與之對(duì)應(yīng)的振蕩電流也達(dá)到最大(Im)． ③反向充電過(guò)程，如圖5所示，是磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能的過(guò)程，C放電完了時(shí)，由于L的自感作用，電路中移動(dòng)的電荷不能立即停止運(yùn)動(dòng)，仍保持原方向流動(dòng)，經(jīng)C反向充電，同理則有i減小，E磁減小，而E電增大(Qc，Uc也隨之增大)．直到E磁(i)減為零，E電(Qc，Uc)增為最大，如圖6所示． ④電容C再次反向放電過(guò)程，——如圖7所示，同理可知E電(Qc，Uc)減小，直到為零，E磁(i)增大，直到最大(Im)如圖8所示．如此下去，回路中就產(chǎn)生了振蕩電流． 歸納總結(jié)指出： 像上述情況，電路中的電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能(與之對(duì)應(yīng)的電荷Q和電流i)做周期性交替變化的現(xiàn)象叫做電磁振蕩現(xiàn)象，微觀(guān)實(shí)質(zhì)是導(dǎo)線(xiàn)中的電子在其平衡位置附近做簡(jiǎn)諧振動(dòng)． 電場(chǎng)能與電容器上的電荷有關(guān)，Q，E電場(chǎng)能， 磁場(chǎng)能與流過(guò)線(xiàn)圈的電流有關(guān)，I，E磁場(chǎng)能， 在理想的LC振蕩電路中，在任何時(shí)刻，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的總和不變。 動(dòng)畫(huà)演示：各物理量的周期性變化 動(dòng)畫(huà)演示：電磁振蕩與單擺的對(duì)比 電源給電容器充電相當(dāng)于把擺球從平衡位置拉到最高點(diǎn)，作為震動(dòng)的初始條件。電場(chǎng)能相當(dāng)于重力勢(shì)能，磁場(chǎng)能相當(dāng)于動(dòng)能，放電過(guò)程是把電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，相當(dāng)于擺球從最高點(diǎn)擺至最低點(diǎn)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 （關(guān)鍵：抓住放電、充電結(jié)束時(shí)刻的特點(diǎn)） LC回路中 簡(jiǎn)諧振動(dòng) ①給電容器充電 ②電容C ③電感L(相當(dāng)于慣性) ④電荷Q ⑤電流i ⑥電場(chǎng)能E電 ⑦磁場(chǎng)能E磁 ①外力把m拉離平衡位置做功 ②勁度系數(shù)k(或單擺的l) ③振動(dòng)質(zhì)量m(慣性) ④位移x ⑤速度v ⑥勢(shì)能Ep ⑦動(dòng)能Ek 幾個(gè)有關(guān)概念 1、振蕩電路中，若沒(méi)有能量損耗，則振蕩電流的振幅(Im)將不變，如圖9所示，叫做無(wú)阻尼振蕩(或等幅振蕩)． 2、任何振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流i的振幅逐漸減小，如圖10所示，這叫做阻尼振蕩(或叫減幅振蕩)．請(qǐng)同學(xué)們想一下：電路損耗的能量哪里去了？ 3、如果用振蕩器周期性地給振蕩電路補(bǔ)充能量，就可以保持等幅振蕩，這類(lèi)似于受迫振動(dòng)．