01電磁振蕩正式版

1、01電磁振蕩一、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)生的觀察能力、類比推 理能力，以及理解和概括能力.二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1 .先通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)，總結(jié)得到幾個(gè)基本概念：振蕩電路，振蕩電流，電磁 振蕩現(xiàn)象等.這部分知識(shí)，基本概念很抽象，研究對(duì)象多是看不見(jiàn)摸不著

2、的電磁場(chǎng) 及其運(yùn)動(dòng)，理解起來(lái)也較為困難，所以做好演示實(shí)驗(yàn)是關(guān)鍵，再輔以類比推理和生 動(dòng)的比喻、描述，能增強(qiáng)可接受性.2 . LC回路產(chǎn)生電磁振蕩是本章本單元的重點(diǎn)，也是難點(diǎn).電磁振蕩產(chǎn)生的物 理過(guò)程較為抽象，所以重點(diǎn)應(yīng)放在電路中電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)化上；分析指出 何時(shí)電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，何時(shí)磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能；何時(shí)電場(chǎng)能最大，何時(shí)磁場(chǎng) 能最大.與之對(duì)應(yīng)的也要指出電路里電流何時(shí)最大，何時(shí)為零.其次還要明確電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化的條件是電感線圈的自感電動(dòng)勢(shì)的作用 和電容器的充放電作用.為了增強(qiáng)可理解性，此處可借助于單擺或彈簧振子的簡(jiǎn)諧 運(yùn)動(dòng)來(lái)類比、形容電磁振蕩過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況.三、教具1 .

3、 LC振蕩電路演示儀（含晶體管振蕩器）等.2 .大屏幕示波器（用于觀察振蕩電流的波形）.3 .如有條件，可用計(jì)算機(jī)和彩顯，使用三維動(dòng)畫軟件，模擬 LC電路中的振蕩 過(guò)程.四、主要教學(xué)過(guò)程（一）引入新課無(wú)線電廣播、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，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).（二）主要教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1 .電磁振蕩.（1）觀察演示實(shí)驗(yàn).簡(jiǎn)介儀器：電磁振蕩示教板，電感 L、電容C;另附晶體管振蕩器，市

4、售 40V干 電池（可延長(zhǎng)電流表指針往復(fù)擺動(dòng)時(shí)間，達(dá)十幾次以上）.連接成如圖1所示電路.演示操作：先用40V電源（用6V電源也可）給電容 C充電，若將開(kāi)關(guān)S撥到a端. 提出問(wèn)題：將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？它說(shuō)明了什么？引導(dǎo)啟發(fā)同學(xué)邊看邊想， 電流表G指針為什么擺動(dòng)？往復(fù)擺動(dòng)說(shuō)明通過(guò) G的電流 有什么特點(diǎn)？在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上，總結(jié)得出幾個(gè)概念：像這樣產(chǎn)生的大小和方向交替變化的電流叫做振蕩電流，能產(chǎn)生振蕩電流的電 路叫振蕩電路，上面的 LC回路叫LC振蕩電路.上述實(shí)驗(yàn)中，為什么電流表 G指針往復(fù)擺動(dòng)的幅度越來(lái)越小？如果LC回路中無(wú)電阻，也沒(méi)有其它形式的能量損失，則電流表的指針將一直擺動(dòng)下去，可是實(shí)際中 總

5、有能量損失，要維持 LC回路中一直有振蕩電流，可借助于一種晶體管振蕩器，不 斷地補(bǔ)充能量.然后接上振蕩器，再觀察現(xiàn)象：最后，再將振蕩電流信號(hào)取出，接 在示波器上觀察波形后，指出振蕩電流是一種什么性質(zhì)的電流？有何特點(diǎn)？它是怎 樣產(chǎn)生的？總結(jié)指出，振蕩電流實(shí)質(zhì)上就是前邊學(xué)過(guò)的交流電，它也按正弦規(guī)律變 化.下面研究它的產(chǎn)生過(guò)程.（2）電磁振蕩的產(chǎn)生過(guò)程（可結(jié)合畫圖或投影幻燈，啟發(fā)思考進(jìn)行分析講解）.給電容C充電一如圖2所示，電容器中儲(chǔ)存一定的電場(chǎng)能（ E電）.圖2圖3電容C放電一一如圖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?。ń档停?，電路中的電流、磁場(chǎng)能則逐漸增大，請(qǐng)同學(xué)們想一

6、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）.圖4E ,圖6電容C再次反向放電過(guò)程，如圖 直到為零，E磁（i）增大，直到最大（Im） 振蕩電流.圖77所示，同理可知E電（QC，UC）減小, 如圖8所示.如此下去，回路中就產(chǎn)生了反向充電過(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

7、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.i =0歸納總結(jié)指出：Q和電流i）做周期性像上述情況，電路中的電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能（與之對(duì)應(yīng)的電荷 交替變化的現(xiàn)象叫做電磁振蕩現(xiàn)象，微觀實(shí)質(zhì)是導(dǎo)線中的電子在其平衡位置附近做 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).2 .無(wú)阻尼振蕩和阻尼振蕩.Im）將不變，如圖9（1）振蕩電路中，若沒(méi)有能量損耗，則振蕩電流的振幅（ 所示，叫做無(wú)阻尼振蕩（或等幅振蕩）.i的振幅逐漸（2）阻尼振蕩.任何振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流 減小，如圖10所示，這叫做阻尼振蕩（或叫減幅振蕩）.請(qǐng)同

8、學(xué)們想一下：電路損 耗的能量哪里去了？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，這類似于受迫振動(dòng).3 .復(fù)習(xí)鞏固（視實(shí)際情況，可選一種或二種）用示波器觀察上述兩種電磁振蕩中振蕩電流的波形；用計(jì)算機(jī)和三維動(dòng)畫軟件 模擬電磁振蕩的產(chǎn)生過(guò)程.（三）課堂小結(jié) （視實(shí)際情況可適當(dāng)刪減）1 .電磁振蕩抽象，過(guò)程復(fù)雜，難以理解，要抓住問(wèn)題的本質(zhì)、關(guān)鍵，即電場(chǎng)能 和磁場(chǎng)能交替轉(zhuǎn)化.為便于接受，可借助于以前學(xué)過(guò)的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和電磁感應(yīng)的相關(guān) 知識(shí)，類比分析加深對(duì)新知識(shí)的準(zhǔn)確理解，LC振蕩電路中的電磁振蕩的過(guò)程等，可以形象地用彈簧振子或單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的相似性類比.它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系和相應(yīng)的意 義簡(jiǎn)述如下

9、，如圖11所示：甲）LC回路中簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)給電容器充電外力把m拉離平衡位置做功電容C勁度系數(shù)k（或單擺的1）電感L（相當(dāng)于慣性）振動(dòng)質(zhì)量m（慣性）電荷Q位移工電流i速度Y電場(chǎng)能E電勢(shì)能冷磁場(chǎng)能E磁動(dòng)能2 .同學(xué)容易產(chǎn)生誤解的地方是：電容C兩極板帶等量異種電荷， 當(dāng)它放電時(shí)正、負(fù)電荷正好中和，就沒(méi)有電荷在電路里往復(fù)運(yùn)動(dòng)了，哪里還有振蕩電流！對(duì)于這類問(wèn)題除強(qiáng)調(diào)能量的轉(zhuǎn)化和 C、L的作用外，還應(yīng)從電磁感應(yīng)的知識(shí)，采用圖12略加分析：當(dāng)電容C中儲(chǔ)存電場(chǎng)能最大時(shí)（帶電量、場(chǎng)強(qiáng)值最大、電壓最高），電路中電流為零，磁場(chǎng)能為零；隨著電容 C逐漸放電，電場(chǎng)能E電（帶電量Q,電壓U）逐漸 減小，而磁場(chǎng)能E磁（電流i）將逐漸增大五、教學(xué)說(shuō)明1 .電磁振蕩及相關(guān)的物理過(guò)程和物理狀態(tài)抽象、復(fù)雜難以理解，教學(xué)中一定要做好演示實(shí)驗(yàn).電感L、電容C盡可能選擇數(shù)值較大的.充電電源有條件的可用市場(chǎng) 售45V的充電電池，這樣可使電流表指針往復(fù)擺動(dòng)十幾次以上.2 .利用示波器觀察振蕩電流的波形，可極大地提高學(xué)生對(duì)振蕩電流實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)看到了 “事實(shí)”！若能用計(jì)算機(jī)模擬振蕩過(guò)程中電場(chǎng)能（C中電場(chǎng)線或電荷）與磁場(chǎng)能（L