課 題
人教版(2019)高中物理·選擇性必修·第二冊
第四章 第1節(jié) 電磁振蕩
課 型
新授課? 復(fù)習(xí)課□ 試卷講評課□ 其他課□
授課班級
授課時間
教學(xué)內(nèi)容分析
課標(biāo)要求：
2.3.1初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，初步了解場的統(tǒng)一性與多樣性，體會物理學(xué)對統(tǒng)一性的追求。
2.3.2通過實驗，了解電磁振蕩。
教材分析：
本節(jié)課程是本章的重難點內(nèi)容，要理解好振蕩電路的產(chǎn)生過程為下面的電磁波的產(chǎn)生和傳播做鋪墊。本節(jié)課要知道在電磁振蕩過程中回路中的由流變化規(guī)律及申量變化規(guī)律，要知道在整個振蕩周期內(nèi)，能量的轉(zhuǎn)化過程，為進一步認(rèn)識由磁波的產(chǎn)生奠定基礎(chǔ)。
學(xué)情分析
知識儲備：學(xué)生在第三章已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)，在此基礎(chǔ)上進一步研究由自感線圈與電容器形成的LC振蕩回路的特點，目的是在引出現(xiàn)代科學(xué)中的電磁理論。
能力基礎(chǔ)：學(xué)生已經(jīng)具備了一定的物理實驗?zāi)芰?，能用一些實驗方法（如控制變量法）處理實驗、分析和歸納實驗結(jié)果的能力，但是學(xué)生對物理現(xiàn)象的認(rèn)識、理解只停留在感性認(rèn)識上，語言描述歸納能力不夠精煉。
思維能力：學(xué)生在建立物理模型能力及空間思維能力方面有所欠缺，本節(jié)課通過演示實驗，讓學(xué)生觀察到現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。
核心素養(yǎng)
物理觀念∶理解電磁振蕩的概念， 體會物理觀念產(chǎn)生的過程。
科學(xué)思維∶通過振蕩電路的分析， 體會物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。
科學(xué)探究：培養(yǎng)學(xué)生實驗探求知識的意識，增強求知欲望。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任∶通過結(jié)合生活中各種相應(yīng)現(xiàn)象及常識，理解電磁振蕩在人們生活中的地位。認(rèn)識到物理學(xué)是基于人類有意識的探索而形成的對自然現(xiàn)象的描述與解釋。
教學(xué)重難點
重點：振蕩電路中能量的轉(zhuǎn)化和守恒。
難點：振蕩電路的變化過程中電流、電量、能量的變化規(guī)律。
教學(xué)準(zhǔn)備
多媒體課件、音叉，一盆水等。
活動設(shè)計
教學(xué)內(nèi)容
教師活動
學(xué)生活動
評價任務(wù)
環(huán)節(jié)一：導(dǎo)入新課
圖片展示：旅行者一號和拍攝的地球圖片
時至今日，我們?nèi)匀荒軌蚪邮盏?00億千米之外旅行者1號發(fā)來的信息。電磁波的發(fā)現(xiàn)和使用帶來了通信技術(shù)的發(fā)展，極大地改變了人們的生活，開闊了我們的視野。
水波是由機械振動形成的。一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是要形成持續(xù)的水波，則需要不斷地?fù)舸蛩?。電視、廣播接收的是電磁波，要產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，需要持續(xù)變化的電流。怎樣才能產(chǎn)生這樣的電流呢?
演示實驗：用小錘敲打音叉，然后放入水中。播放動圖：不斷擊打的水面。
要產(chǎn)生持續(xù)變化的電流由兩種一種是交流發(fā)電機，和電容器的充放電的過程。我們現(xiàn)在用電容器來產(chǎn)生持續(xù)變化的電流。
1.介紹圖中內(nèi)容；
2.提出問題讓學(xué)生思考。
1.觀察圖片內(nèi)容；
2.思考老師提出的問題。
1.學(xué)生的觀察能力；
2.評價學(xué)生積極思考和參與課堂的習(xí)慣；
環(huán)節(jié)二：新課教學(xué)
活動一：觀察振蕩電路中電壓的波形
把線圈、電容器、電源和單刀雙擲開關(guān)按照圖甲連成電路。把電壓傳感器（或示波器）的兩端連在電容器的兩個極板上。
先把開關(guān)置于電源一側(cè)，為電容器充電;稍后再把開關(guān)置于線圈一側(cè)，使電容器通過線圈放電。觀察電腦顯器顯示的電壓波形。
1.介紹實驗過程
1.認(rèn)真聆聽老師的介紹，認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，總結(jié)實驗現(xiàn)象；
1.觀察學(xué)生對實驗的興趣程度；
2.聽學(xué)生的回答情況，評價學(xué)生的表達(dá)能力和思維。
活動二：電磁振蕩的產(chǎn)生
1.概念
在前面的實驗中電路的電壓發(fā)生周期性的變化，電流也發(fā)生周期性的變化。并且由于周期很短也就變化很迅速，導(dǎo)致頻率就很高，所以在物理上把這種高頻交流電流稱為震蕩電流。即
①大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫振蕩電流。
想一想與交流電有何區(qū)別？
振蕩電流實際上就是交變電流，不過習(xí)慣上指頻率很高的交變電流。所以我們采用電容器來提供變化的電流，如果用發(fā)電機，那么它的轉(zhuǎn)速要達(dá)到3000轉(zhuǎn)以上，這對設(shè)備將會是一個很大的考驗。
②振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。
當(dāng)開關(guān)置于線圈一側(cè)時，由電感線圈L和電容C組成的電路，就是最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。像現(xiàn)在的這個那就是一個最簡單的振蕩電路。
2.振蕩電路的工作原理
a.電容器充電結(jié)束，兩極板上的電荷最多。
b.電容器開始放電，回路中電流從0開始逐漸增到最大。兩極板電荷量從最大減為0。
那放電過程結(jié)束后，電流會從最大值直接變?yōu)榱銌幔?br>c.當(dāng)然不會啦，因為線圈有自感效應(yīng)，它會阻礙電路中的電流變小。所以電流會保持原來的流向，并逐漸減小到零。所以當(dāng)自感線圈給電容器反向充電結(jié)束，回路中電流從最大減為0，兩極板電荷量從0變回最大。
d.電容開始反向放電。
e.自感線圈給電容器反向充電，于是整個電路回到最開始狀態(tài)。完成了一個變化周期之后不斷的重復(fù)。
剛才我們已經(jīng)知道了電磁振蕩的過程，那么他們的電量、電流、電壓、電場強度和磁感應(yīng)強度是如何變化的呢？
3.電流、電量的變化圖像
首先電容剛開始放電時，極板上的電荷是上正，下負(fù)。若以逆時針方向為電流正方向，那在正向放電的這個過程中，上極板的電量由正向最大減少到零。而回路中的電流，則由零增加到正向最大，放電結(jié)束。
然后由于線圈的自感作用，電流不會立馬變成0，對應(yīng)圖像是從最大慢慢變成0。而這也是電路中電容一直在反向充電，電荷上負(fù)下正，所以圖像是從零慢慢變?yōu)榉聪蜃畲螅潆娊Y(jié)束。
接著電路中充滿反向電荷的電容又要放電了。但是電流方向相反這種圖像中電流就是零增加到反向最大，相應(yīng)電荷就從反向最大減小為零，放電結(jié)束。但之后又由于線圈的自感作用，反向電流一樣不會立馬為0，對應(yīng)圖像中電流是從反向最大減少為零，而此時電路中，電容一直被正向充電電荷上正下負(fù)，所以圖像是從零慢慢變?yōu)檎蜃畲?，充電結(jié)束。
至此在一個周期內(nèi)，電容器經(jīng)歷兩次充電和兩次方面，并且電容器上的電壓，電場強度和電場能跟電量一樣，圖像同步變化，而線圈的磁感應(yīng)強度磁場能的跟電流一樣圖像同步變化。而兩組之間對比下圖像，變化正好相反。
在整個過程中，電路中的電流i、電容器極板上的電荷量q、電容器里的電場強度 E、線圈里的磁感應(yīng)強度B，都在周期性地變化著。這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。
思考與討論
電磁振蕩與機械振動雖然有著本質(zhì)的不同，但它們還是具有一些共同的特點。在機械振動中，例如在單擺的振動中，位移x、速度v、加速度a這幾個物理量周期性地變化。在電磁振蕩中，電荷量q、電流i、電場強度E、磁感應(yīng)強度B這幾個物理量也在周期性地變化。
在機械振動中，動能與勢能周期性地相互轉(zhuǎn)化。那么，在電磁振蕩中，能量是如何轉(zhuǎn)化的?
分析：動圖播放單擺中勢能和動能的變化。
講解概念，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考問題
1.思考并回答老師提出的問題；
從學(xué)生的分析、表達(dá)和總結(jié)的能力等方面評價
活動三：電磁振蕩中的能量變化
（二）電磁振蕩中的能量變化
電場能→磁場能→電場能→磁場能→電場能。所以，在電磁振蕩的過程中，電場能和磁場能會發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。只不過變化的步調(diào)相反。
如果沒有能量損失，振蕩可以永遠(yuǎn)持續(xù)下去，振蕩電流的振幅保持不變。這是種理想情況。
任何電路都有電阻，電路中總會有一部分能量會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。另外，還會有一部分能量以電磁波的形式輻射出去。這樣，振蕩電路中的能量就會逐漸減少，振蕩電流的振幅也就逐漸減小，直到最后停止振蕩。
1.提出問題引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材小組成員之間分析討論傳感器的工作原理；
1.閱讀教材找出答案并與小組成員分享答案，畫出流程圖，每小組推舉一名發(fā)言人和一名同學(xué)上臺畫出流程圖；
培養(yǎng)學(xué)生的合作精神、表達(dá)能力
活動四：電磁振蕩的周期和頻率
周期：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間。
頻率：一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率。
我們知道電磁振蕩一次，電路中的電流i和極板上的電量q也變化一個周期。不僅如此，線圈中的磁感應(yīng)強度B，極板間的電壓U，電場強度E他們的變化周期也是這么多。此外頻率就是周期的倒數(shù)，所以這些量的頻率也是相同的。振蕩電路的周期和頻率可以應(yīng)用于哪些量？是他們受什么因素影響呢？
思考與討論
電容較大時，電容器充電、放電的時間會長些還是短些?線圈的自感系數(shù)較大時，電容器充電、放電的時間會長些還是短些?根據(jù)討論結(jié)果，定性分析LC電路的周期（頻率）與電容 C、電感L的關(guān)系。
分析：如果增大電壓就看到振幅變大了，但變化周期并沒有改變，看來周期和外部電壓無關(guān)。在換個因素是是增大電容，這次的周期被拉長啦，看來電容會影響周期。除了電容還有電感，如果自感系數(shù)變大，變化周期也被拉長啦，看來自感系數(shù)也會影響周期。你還可以做更多實驗。事實上，周期和頻率是跟電容和電感有關(guān)。至于電流、電量、電壓以及外部電路的亂七八糟的物理量都影響不了周期，所以周期和頻率也被稱為LC振蕩電路固有周期和固有頻率。
周期：
頻率：
①式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz。
②適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要。
問題：如果想讓周期變大，有什么方法呢？
容易看出在只要讓自感系數(shù)L，或者電容c變大就行啦，至于在倆變大的方法，咱們以前其實都說過。L：線圈的大小、形狀、匝數(shù)、鐵芯。。
注意：在一個周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場能（或磁場能）完成兩次周期性變化。因為電場能和磁場能這兩種能量沒有方向和正負(fù)的變化，只有大小變化，所以他倆的周期是震蕩周期的一半兒，這樣的頻率也就是震蕩頻率的兩倍。
講解周期和頻率的概念，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考問題
思考與討論
評價學(xué)生的合作思考能力
環(huán)節(jié)三：課堂練習(xí) 例題和練習(xí)
課本例題
在LC振蕩電路中，線圈L的自感系數(shù)為30μH，可調(diào)電容器C的可調(diào)范圍為1.7-270pF。求振蕩電路的頻率范圍。
解：根據(jù)LC振蕩電路的頻率公式
此振蕩電路的頻率范圍是1.77×106—2.65×107Hz。
課堂練習(xí)
例1：（多選）對振蕩電路，下列說法正確的是（ ）
A．振蕩電路中、電容器充電或放電一次所用的時間為
B．振蕩電路中，電場能與磁場能的轉(zhuǎn)化周期為
C．振蕩過程中，電容器極板間電場強度的變化周期為
D．振蕩過程中，線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度的變化周期為
解：在一個周期內(nèi)，電容器充電、放電各兩次，每次充電或放電所用的時間為振蕩周期的1/4。電場能與電場強度的方向無關(guān)，磁場能與磁感應(yīng)強度的方向無關(guān)，因此在電磁振蕩的一個周期內(nèi)各出現(xiàn)兩次最大值，即電場能或磁場能的變化周期為 。電場、磁場、電荷的變化周期跟電流的變化周期相同，均為 。
多媒體展示例題
巡視學(xué)生思考練習(xí)
教師講解
思考練習(xí)
評價學(xué)生解說過程。
注意巡視有無學(xué)生亂用公式現(xiàn)象，若有，及時給予講解糾正。
環(huán)節(jié)四：課堂小結(jié)
學(xué)到了什么？
引導(dǎo)學(xué)生小結(jié)
小組討論，總結(jié)本節(jié)課得失
環(huán)節(jié)五：作業(yè)設(shè)計
教材75頁“練習(xí)與應(yīng)用”。
指導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)，面批練習(xí)。
按要求完成練習(xí)。
從完成情況和書寫情況等方面進行評價。
主板書設(shè)計
4.1電磁振蕩
1.振蕩電流∶ 大小和方向都做周期性迅速變化的電流
2.振蕩電路∶能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。
3.LC振蕩電路∶當(dāng)開關(guān)置于線圈一側(cè)時，由電感線圈L和電容C組成的電路，就是最簡單的振蕩電路。
4.在整個過程中，電路中的電流i、電荷量q、電場強度E、磁感應(yīng)強度B，都在周期性地變化著。這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。
5.電磁振蕩的周期和頻率，
教學(xué)反思

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高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊電子課本

1 電磁振蕩

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第二冊

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