2017-2018学年人教版选修3-4 电磁振荡 第1课时 教案.docx

14.2电磁振荡一、教学目标：认识LC回路产生电磁振荡的现象，了解LC回路工作电流、电量变化的规律二、教学重点LC回路工作过程及相关物理量变化的规律三、教学难点理解电磁振荡一个周期内电流的变化规律四、教学方法：探究法五、教 具：LC振荡电路示教板一套、示教电流计一只，大电容一只，示教示波器一只六、教学过程（一）创设问题情境，引入新课题师：大家看到过的画面是和平号空间站发射场面和平号上天后，人们是怎样知道它到达预定的地点呢？生：无线电波师：无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？它有什么性质？怎样利用它传递信号？这一章就要讨论这些问题，正象机械振动能够产生机械波一样，电磁振荡能够产生电磁波今天我们就从电磁振荡开始学习，让我们先来观察一个实验二）进行新课1、实验演示、电脑模拟，观察分析实验现象，认识LC振荡电路⑴介绍实验装置： LC回路电流表的作用电压表的作用⑵演示实验： ⑶边观察边分析师：下面我们开始做实验：LC回路振荡过程中电流的变化，本实验请大家主要观察电压表和电流表的指针变化特点。

电流表、电压表的指针变化有什么规律？（学生观察实验）师：为了让大家能有较长时间观察两表指针的变化情况，我们通过电脑模拟两表指针的变化，请大家再仔细观察后回答问题通过学生的观察归纳出三个现象：1、电流表、电压表指针在零点左右来回摆动现象2：电流表、电压表指针摆幅越来越小介绍等幅振荡，用电脑模拟等幅振荡过程师：大家观察等幅振荡时两表的指针的变化还有什么规律？（演示等幅振荡实验后电脑展示LC回路中的电流和电量的变化，正常速度电脑模拟电磁振荡，同时点动慢动演示）师生共同总结：从观察到的现象表明：当电容器充电后能够产生周期性变化的电流2、学生自主探究物理现象本质⑴放电过程：（师生共同讨论）师：当电源E对电容C充电完毕，电容器上、下极板带电量如何？ （学生观察思考、分析）师：为了研究方便我们可以规定：电量减少的过程叫做放电过程，把电量增大的过程叫做充电过程下面我们先来一起讨论放电过程师生共同探讨：放电过程中的电量、电流的变化特点从电能的角度分析原因⑵充电过程：师：放电过程完毕，电容器两极板上所带的电量为0，LC回路中的电流会不会即刻突变为0？此时电感L的电路作用怎样？师生共同探讨：放电过程中的电量、电流的变化特点。

3）电磁振荡的产生过程(启发思考进行分析讲解)①给电容充电，如图所示，电容器中储存一定的电场能(E电)②电容C放电，如图所示，电场能转化为磁场能C上带电量，电场能(电压)逐渐减小(降低)，电路中的电流、磁场能则逐渐增大，请同学们想一下这样转化的条件是什么？为什么是“逐渐”的？随后指出这是由于电容器的放电作用(两极板上正、负电荷的吸引作用)和电感L中电流变化时产生的自感电动势的“阻碍”作用所至，当C放电完了时，如图所示(电场能为0，E＝0，U＝0)，磁场能达到最大(与之对应的振荡电流也达到最大Im)．③反向充电过程，如图所示，是磁场能转化为电场能的过程，C放电完了时，由于L的自感作用，电路中移动的电荷不能立即停止运动，仍保持原方向流动，C反向充电，同理则有i减小，E磁减小，而E电增大(Qc，Uc也随之增大)，直到E磁(i)减为零，E电(Qc，Uc)增为最大，如图5所示④电容C再次反向放电过程——如图7所示，同理可知E电(Qc，Uc)减小，直到为零，E磁（i）增大，直到最大(Im)如图8所示，如此下去，回路中就产生了振荡电流归纳总结指出像上述情况，电路中的电场能和磁场能（与之对应的电荷Q和电流I)做周期性交替变化的现象叫做电磁振荡现象。

4）阻尼振荡和无阻尼振荡①振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅(Im)将不变，如图9所示，叫做无阻尼振荡(或等幅振荡)②阻尼振荡，任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流i的振幅逐渐减小，如图10所示，这叫做阻尼振荡(或叫减幅振荡)，请同学们想一下，电路损耗的能量哪里去了？如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于受迫振动三、非选择题例1：实验室里有一水平放置的平行板电容器，其电容C＝1 μF在两板带有一定电荷时，发现一粉尘恰好静止在两板间还有一个自感系数L＝0.1 mH的电感器，现连成如图所示电路，试分析以下两个问题：(1)从S闭合时开始计时，经过π×10－5 s时，电容器内粉尘的加速度大小是多少？(2)当粉尘的加速度为多大时，线圈中电流最大？解析：(1)S断开时，电容器内带电粉尘恰好静止，说明电场力方向向上，且F电＝mg，闭合S后，L、C构成LC振荡电路，T＝2π＝2π×10－5 s，经过π×10－5 s时，电容器间的电场强度反向，电场力的大小不变，方向竖直向下，由牛顿第二定律得a＝＝2g2)线圈中电流最大时，电容器两极间的电场强度为零，由牛顿第二定律可得a＝＝g，方向竖直向下。

答案：(1)2g　(2)g，方向竖直向下例2：如图所示，线圈的自感系数L＝0.5 mH，电容器的电容C＝0.2 μF，电源电动势E＝4 V，电阻的阻值R＝10 Ω，不计线圈和电源的内阻，闭合开关S，待电路中电流稳定后断开S，求：(1)LC回路的振荡频率；(2)LC回路振荡电流的有效值；(3)从断开S到电容器上极板带正电荷最多所经历的最短时间解析：(1)根据f＝得f＝ Hz≈1.6×104 Hz2)开关S闭合，电路稳定时，流过线圈的电流I＝＝0.4 A故LC回路振荡电流的峰值为0.4 A，则有效值I有＝≈0.28 A3)由T＝2π，得T＝6.28×10－5 sS断开时，电容器上的电荷量为零，然后电容器开始充电，且下极板带正电，因此最短经电容器上极板带正电荷最多，则最短时间为t＝×6.28×10－5 s≈4.7×10－5 s答案：(1)1.6×104 Hz　(2)0.28 A(3)4.7×10－5 s（三）巩固练习1．关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是(　　)A．振荡电流最大时，电容器两极板间的电场强度最大B．振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零C．振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化成电场能D．振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能解析：选D　振荡电流最大时处于电容器放电结束瞬间，电场强度为零，A错误；振荡电流为零时，振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流变化率最大，线圈中的自感电动势最大，B错误；振荡电流增大时，电场能转化为磁场能，C错误；振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，D正确。

2．在LC振荡电路中，电容器上带的电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是(　　)A. B.C．π D．2π解析：选B　LC振荡电路的周期T＝2π，其中电容器上的电荷量从最大值变到零所需的最短时间为t＝，只有选项B正确3．如图所示的电路中，L是电阻不计的电感器，C是电容器，闭合开关S，待电路达到稳定状态后，再断开开关S，LC电路中将产生电磁振荡，如果规定电感器L中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻为t＝0，那么选项图中能正确表示电感器中的电流i随时间t变化规律的是(　　) 解析：选C　S断开前，ab段短路，电流从b→a，电容器不带电；S断开时，ab中产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器充电，此时电流负向最大；给电容器充电过程，电容器充电量达到最大时，ab中电流减为零；此后，LC回路发生电磁振荡形成交变电流综上所述，选项C正确4．有一LC振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短一些的电磁波，可用的措施为(　　)A．增加线圈匝数B．圈中插入铁芯C．减小电容器极板正对面积D．减小电容器极板间距离解析：选C　由于电磁波传播过程中波速v＝λf恒定，因此欲使波长λ变短，必须使频率f升高，由于频率f＝，所以，增加线圈匝数和圈中插入铁芯，将使线圈自感系数L增大而降低频率f；减小电容器极板间距将使电容C增大而降低频率f；减小电容器极板正对面积将使电容C减小而升高频率f。

可见，选项C正确5．某LC回路电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示，则(　　)A．在时刻t1，电路中的电流最大B．在时刻t2，电路中的磁场能最大C．从时刻t2至t3，电路的电场能不断增大D．从时刻t3至t4，电容器的电荷量不断增大解析：选BC　由LC回路中各物理量的变化规律可知，时刻t1电容两端电压最高时，电路中振荡电流为零，时刻t2电容两端电压为零，电路中振荡电流最强、磁场能最大，选项A错误，B正确；在t2至t3的过程中，从题图可知，电容器两板电压增大，故电场能增加，选项C正确；而在t3至t4的过程中，电容器两板电压减小，电荷量同时减少，选项D错误6．一个LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器电容为C，从电容器上电压达到最大值U开始计时，则有(　　)A．至少经过π，磁场能达到最大B．至少经过，磁场能达到最大C．在时间内，电路中的平均电流是D．在时间内，电容器放电量为CU解析：选BCD　LC振荡电路周期T＝2π，电容器电压最大时，开始放电，至少经时间，放电结束，此时电容器电荷量为零，电路中电流最大，磁场最强，磁场能最大因为Q＝CU，所以电容器放电量Q＝CU，由I＝，所以I＝ 。

四）课堂总结师：通过分析电流、电量、电场能和磁场能都随时间作周期性变化，在振荡的全过程中存在几个过程？各种不同过程中的电流、电量、电场能和磁场能有什么变化规律？先由学生讨论归纳，再由老师小结电脑展示电脑展示电流、电量图象讨论结论3时，给出电流－时间图象，通过分析要求学生画出电量－时间图象，（五）布置作业： 1．阅读课本2．预习第三节。