电磁感应·电磁振荡.doc

电磁感应电磁感应··电磁振荡电磁振荡一、教学目标1．理解 LC 回路中产生振荡电流的过程．了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用．2．会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况．3．知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别，以及振幅减小的原因．4．通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力．二、重点、难点分析1．先通过观察演示实验，总结得到几个基本概念：振荡电路，振荡电流，电磁振荡现象等．这部分知识，基本概念很抽象，研究对象多是看不见摸不着的电磁场及其运动，理解起来也较为困难，所以做好演示实验是关键，再辅以类比推理和生动的比喻、描述，能增强可接受性．2．LC 回路产生电磁振荡是本章本单元的重点，也是难点．电磁振荡产生的物理过程较为抽象，所以重点应放在电路中电场能和磁场能的相互转化上；分析指出何时电场能转化为磁场能，何时磁场能转化为电场能；何时电场能最大，何时磁场能最大．与之对应的也要指出电路里电流何时最大，何时为零．其次还要明确电场能和磁场能相互转化的条件是电感线圈的自感电动势的作用和电容器的充放电作用．为了增强可理解性，此处可借助于单摆或弹簧振子的简谐振动，来类比、形容电磁振荡过程中能量的转化情况．三、教具 1．LC 振荡电路演示仪(含晶体管振荡器)等．2．大屏幕示波器(用于观察振荡电流的波形)．3．如有条件，可用计算机和彩显，使用三维动画软件，模拟 LC 电路中的振荡过程．四、主要教学过程(一)引入新课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？就要从电磁振荡开始学习．(二)主要教学过程设计1．电磁振荡．(1)观察演示实验．简介仪器：电磁振荡示教板，电感 L、电容 C；另附晶体管振荡器，市售 40V干电池(可延长电流表指针往复摆动时间，达十几次以上)．连接成如图 1 所示电路．演示操作：先用 40V 电源(用 6V 电源也可)给电容 C 充电，若将开关 S 拨到 a端．提出问题：将会发生什么现象？它说明了什么？引导启发同学边看边想，电流表 G 指针为什么摆动？往复摆动说明通过 G 的电流有什么特点？在同学回答的基础上，总结得出几个概念：像这样产生的大小和方向交替变化的电流叫做振荡电流，能产生振荡电流的电路叫振荡电路，上面的 LC 回路叫 LC 振荡电路．上述实验中，为什么电流表 G 指针往复摆动的幅度越来越小？如果 LC 回路中无电阻，也没有其它形式的能量损失，则电流表的指针将一直摆动下去，可是实际中总有能量损失，要维持 LC 回路中一直有振荡电流，可借助于一种晶体管振荡器，不断地补充能量．然后接上振荡器，再观察现象：最后，再将振荡电流信号取出，接在示波器上观察波形后，指出振荡电流是一种什么性质的电流？有何特点？它是怎样产生的？总结指出，振荡电流实质上就是前边学过的交流电，它也按正弦规律变化．下面研究它的产生过程．(2)电磁振荡的产生过程(可结合画图或投影幻灯，启发思考进行分析讲解)．①给电容 C 充电——如图 2 所示，电容器中储存一定的电场能(E电)．②电容 C 放电——如图 3 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 C 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 4 所示(电场能为零，Qc=0，Uc=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 5 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，经 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 6 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，微观实质是导线中的电子在其平衡位置附近做简谐振动．2．无阻尼振荡和阻尼振荡．(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．无阻尼振荡和阻尼振荡．(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．3．复习巩固(视实际情况，可选一种或二种)用示波器观察上述两种电磁振荡中振荡电流的波形；用计算机和三维动画软件模拟电磁振荡的产生过程．(三)课堂小结(视实际情况可适当删减)1．电磁振荡抽象，过程复杂，难以理解，要抓住问题的本质、关键，即电场能和磁场能交替转化．为便于接受，可借助于以前学过的简谐振动和电磁感应的相关知识，类比分析加深对新知识的准确理解，LC 振荡电路中的电磁振荡的过程等，可以形象地用弹簧振子或单摆做简谐振动的相似性类比．它们的对应关系和相应的意义简述如下，如图 11 所示：LC 回路中简谐振动 ①给电容器充电②电容 C③电感 L(相当于惯性)④电荷 Q⑤电流 i⑥电场能 E电⑦磁场能 E磁①外力把 m 拉离平衡位置做功②劲度系数 k(或单摆的 l)③振动质量 m(惯性)④位移 x⑤速度 v⑥势能 Ep⑦动能 Ek2．同学容易产生误解的地方是：电容 C 两极板带等量异种电荷，当它放电时正、负电荷正好中和，就没有电荷在电路里往复运动了，哪里还有振荡电流！对于这类问题除强调能量的转化和 C、L 的作用外，还应从电磁感应的知识，采用图 12 略加分析：当电容 C 中储存电场能最大时(带电量、场强值最大、电压最高)，电路中电流为零，磁场能为零；随着电容 C 逐渐放电，电场能 E电(带量 Q，电压 U)逐渐减小，而磁场能 E磁(电流 i)将逐渐增大……五、教学说明1．电磁振荡及相关的物理过程和物理状态抽象、复杂难以理解，教学中一定要做好演示实验．电感 L、电容 C 尽可能选择数值较大的．充电电源有条件的可用市场售 45V 的乙电电池，这样可使电流表指针往复摆动十几次以上．2．利用示波器观察振荡电流的波形，可极大地提高学生对振荡电流实质的认识——看到了“事实”！若能用计算机模拟振荡过程中电场能(C 中电场线或电荷)与磁场能(L 中的磁感线或电流 i)的相互转化过程，不但能激发学习的兴趣，同时对于同学加深对电磁振荡的理解，形成正确的物理概念，建立正确的物理图景是大有益处的．3．此外，充分使用简练而重点突出的板图，可起到将难点分散，便于理解和接受的教学效果．4．有些画图可制成投影幻灯片或挂图以便节省时间．边讲边画图效果更好． 。