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.doc

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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． [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)化條件是電感線圈自感作用和電容器的充放電作用，可借助單擺振動(dòng)類比，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)． 演示實(shí)驗(yàn) （觀察演示實(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）由電感線圈和電容器組成的電路我們稱之為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，微觀實(shí)質(zhì)是導(dǎo)線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，這類似于受迫振動(dòng)．