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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十八章 電磁和電磁波 一、電磁振蕩(第一課時(shí)) ●本節(jié)教材分析 LC回路中的電磁振蕩是本章的重點(diǎn)，LC回路對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，是一種非常陌生的電路.從形式上看，它的工作過(guò)程不如機(jī)械振動(dòng)直觀；從理論上看，它是電容器和電感線圈中電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互作用的復(fù)雜過(guò)程，因此，完成本節(jié)課的關(guān)鍵是做好演示實(shí)驗(yàn).為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的直觀性，一方面，要選擇電阻值較小，電感值較大的線圈，使振蕩電流的幅值和周期足夠大.另一方面，用示波器代替課本中的電流表.這樣既可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到振蕩電流變化的周期性，又可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到振蕩電流的衰減. 要使學(xué)生從理論上認(rèn)識(shí)電磁振蕩過(guò)程中電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，可以先引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)電容器的充放電過(guò)程和電感對(duì)電流變化的阻礙作用，然后逐步引導(dǎo)學(xué)生分析教材中的插圖所示的電磁振蕩過(guò)程，使學(xué)生明確電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程和轉(zhuǎn)化原因. 電磁振蕩理論作為電磁波發(fā)射的理論基礎(chǔ)之一，為了不使學(xué)生在學(xué)習(xí)電磁波發(fā)射時(shí)形成模糊認(rèn)識(shí)，一方面要指出振蕩電流與照明用交變電流的聯(lián)系與區(qū)別，另一方面要注意電磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)和振蕩電路中線圈中的磁場(chǎng)的區(qū)別. 阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩可通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和類比機(jī)械振動(dòng)中的受迫振動(dòng)來(lái)完成教學(xué)任務(wù). ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道什么是LC振蕩電路和振蕩電流. 2.知道LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過(guò)程. 3.知道產(chǎn)生電磁振蕩過(guò)程中，LC振蕩電路中的能量轉(zhuǎn)換情況.知道阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩. 二、能力目標(biāo) 1.培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力. 2.培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力. 三、德育目標(biāo) 使學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的發(fā)展變化及其規(guī)律. ●教學(xué)重點(diǎn) 電磁振蕩過(guò)程中電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律. ●教學(xué)難點(diǎn) LC回路振蕩過(guò)程中電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律. ●教學(xué)方法 演示分析法、類比推理法. ●教學(xué)用具 電感線圈一個(gè)（L＞500 H，R＜500 Ω），200 μF金屬化紙介電容一個(gè)，示波器、學(xué)生電源各一臺(tái)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè)，LC回路振蕩過(guò)程模擬課件一份，導(dǎo)線若干. ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過(guò)程 一、引入新課 ［師］在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電磁波對(duì)我們來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要.從移動(dòng)電話到廣播電視，從互聯(lián)網(wǎng)到航空導(dǎo)航，從衛(wèi)星遙感到宇宙探測(cè)，它們的工作和運(yùn)行都要利用電磁波，那么，電磁波是如何產(chǎn)生的？請(qǐng)同學(xué)們回憶機(jī)械波是怎樣產(chǎn)生的？ ［生］機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的，機(jī)械波是一種特殊的機(jī)械振動(dòng). ［師］與此類似，電磁波是利用電磁振蕩產(chǎn)生的.今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)電磁振蕩的知識(shí). 二、新課教學(xué) 1.電磁振蕩的產(chǎn)生 ［演示］ （1）出示電路圖投影片，按照電路圖連接電路. （2）引導(dǎo)學(xué)生分析：將S扳到a點(diǎn)，電容器是充電還是放電？上極板帶何種電荷？ ［生］S接a,電容器充電，上極板帶正電. （3）（提示學(xué)生注意觀察示波器圖像）然后將開(kāi)關(guān)S扳到b點(diǎn). ［師］同學(xué)們從示波器上觀察到什么信號(hào)？說(shuō)明了什么？ ［生］振幅逐漸減小的正弦交流信號(hào).說(shuō)明電路里產(chǎn)生了大小和方向都做周期性變化的電流. ［師］物理上把大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流，叫做振蕩電流.能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做振蕩電路.由自感線圈和電容器組成的振蕩電路，稱為L(zhǎng)C回路. ［演示］多媒體課件演示從電容器放電瞬間開(kāi)始，LC回路在振蕩過(guò)程中電容器的帶電量、極板間場(chǎng)強(qiáng)、自感線圈中的電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化規(guī)律，將結(jié)果填入下面的表格.其中qm、Em、im、Bm分別表示電量、電場(chǎng)強(qiáng)度、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值. ［生］觀察并完成下列表格. 工作過(guò)程 q E i B 放電瞬間 qm Em 0 0 放電過(guò)程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm 充電過(guò)程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 放電過(guò)程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm 充電過(guò)程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 ［師］請(qǐng)同學(xué)們將示波器觀察到的電信號(hào)繪制成圖像，然后根據(jù)上表繪制B—t、q—t、E—t等圖像. ［生］圖像如下圖所示. ［師］在LC回路中，電容器極板上的電荷q、電路中的電流i、電容器里的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B都發(fā)生周期性的變化.這種現(xiàn)象叫電磁振蕩. 2.阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩 ［師］本節(jié)開(kāi)始觀察到的振蕩電流的振幅怎樣變化？ ［生］不斷減小. ［師］振蕩電流的振幅為什么減??？ ［生］電路中的電阻消耗一部分電能，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能散失掉；還有一部分能量以電磁波的形式輻射到周圍空氣中，電磁振蕩的能量不斷減少，所以振蕩電流的振幅不斷減小. ［師］物理上把這種振蕩電流的振幅逐漸減小的電磁振蕩叫阻尼振蕩.假如電路中的能量不損失，振蕩電流的振幅是否減?。? ［生］不減小. ［師］振蕩電流的振幅保持不變的電磁振蕩叫做無(wú)阻尼振蕩，也叫等幅振蕩. ［生］振蕩電路中的能量損失不可避免，如何在實(shí)際電路中獲得等幅振蕩？ ［師］振蕩器可以不斷地將電源的能量補(bǔ)充到振蕩電路中，產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩. 三、小結(jié) 本節(jié)學(xué)習(xí)了以下基本概念 1.LC回路的定義和振蕩特點(diǎn). 2.振蕩電流的定義和特點(diǎn). 3.振蕩電路的定義. 4.電磁振蕩的定義及其能量轉(zhuǎn)化. 5.阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩的定義和形成. 四、作業(yè) 練習(xí)一第1題寫在作業(yè)本上. 五、板書設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.LC回路在振蕩過(guò)程中，在電容器開(kāi)始放電的瞬間，電路中的電流為什么不能立即增大到最大值？ 2.LC回路在振蕩過(guò)程中，電容器剛放完電的瞬間，電路中的_______能轉(zhuǎn)化為_(kāi)______能. 3.證明：對(duì)某一定值電容器，兩極板間場(chǎng)強(qiáng)跟電容器所帶電荷量成正比. 4.下圖（a）中LC振蕩回路中電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖像，如圖（b）所示，在t=0時(shí)刻，電容器M板帶正電，在某段時(shí)間里，電路中的磁場(chǎng)能在減小，M板仍帶正電，則這段時(shí)間是圖b中的 A.Oa段 B.ab段 C.bc段 D.cd段 參考答案： 1.電容器開(kāi)始放電瞬間，由于線圈的自感作用，阻礙電路中電流的增大，因此電路中的電流只能逐漸增大. 2.電場(chǎng) 磁場(chǎng) 3.證明：設(shè)電容器極板間距為d，極板正對(duì)面積為S，則C= 由C=,得出：u= 由于電容器極板間電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng). 因此，由E=,得出：E== 由于是與Q無(wú)關(guān)的常數(shù). 所以電容器極板間場(chǎng)強(qiáng)與電容器所帶電荷量成正比. 4.D