高中物理課件電磁振蕩1.ppt

1、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)摸不著的電磁場(chǎng)及其運(yùn)動(dòng)，理解起來(lái)也較為困難，所

2、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 2LC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,電磁振蕩,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)諧振動(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 1LC振蕩電路演示儀(含晶體管振蕩器)等 2大屏幕示波器(

3、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(huà)軟件，模擬LC電路中的振蕩過(guò)程 四、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

4、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??？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

5、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(huà)圖或投影幻燈，啟發(fā)思考進(jìn)行分析講解) 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),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

6、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) 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,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

7、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) 2無(wú)阻尼振蕩和阻尼振蕩 (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無(wú)阻尼振蕩和阻尼振蕩 (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)阻尼振蕩任何振蕩電路中，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？ 如果用振蕩器周期性

8、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(huà)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)諧振動(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)諧振動(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，如圖11所示：,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，

9、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的乙電電池，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中的