第十九章 电磁场和电磁波-物理教案

第十九章 电磁场和电磁波

一、电磁振荡

教学目标：

一、知识目标

　　1、理解LC回路中产生振荡电流的过程．

　　2、会分析电磁振荡过程中，电容器上对应的电荷，线圈中对应的电流，以及与之联系的电场，磁场和能量变化的规律．

　　3、知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别．

二、能力目标

　　通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生观察能力，类比推理能力，以及理解和概括能力．

三、情感目标

　　通过对振荡电流波形观察，发现图像的对称、曲线美，并让学生领会物理规律的美．

课时安排：1课时

教学用具：LC振荡电路演示仪，大屏幕示波器，自制模拟振荡过程动画软件．

师生互动活动设计：教师先演示给学生观察并讲解电磁振荡的基本概念．再利用投影幻灯片并类比单摆振动、讲解电磁振荡前半周期经历的过程，然后启发指导学生自己分析后半周期的振荡过程．

教学过程

1、演示电磁振荡的实验，学习有关概念．

以图示连接电路．

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．

再将振荡电流信号取出接在示波器上观察波形，就会发现，LC回路里产生的振荡电流跟正弦式电流一样，也是按正弦规律变化的．指出振荡电流实质上就是前边学过的交流电，它也是按正弦规律变化的．

2、电磁振荡的产生过程，（可结合投影幻灯法，启发思考进行分析讲解）．

（1）、图（1）→图（2）过程的分析讲解：

　　由于C上带电量最多，两极间电压也应为最大，对应的电场能最大，当C上带电量减少时，即电容器放电时，两极间电压也应减小，同时电场能减少，因为电感线图L对电流的变化有“阻碍”作用，即对放电过程有“阻碍”作用，所以放电过程不是“瞬间”完成，而是“逐渐”完成的，也就是振荡电流是“逐渐”增大的，当C上带电量为零时，放电完毕，此时，电流达到最大值，同时磁场能达到最大值，要注意的是，电流取得最大值时，电压为零．

（2）、图（2）→图（3）过程的分析讲解：

　　图（2）是放电完毕的时刻，也是反向充电的开始的时刻，当电流达最大后要减小，同样因为线圈L产生自感电动势，将“阻碍”电流减小，所以电流“逐渐”减小，电容器两极带电量“逐渐”增加，磁场能“逐渐”转化为电场能，到图（3）状态时，电流为零，磁场能为零，带电量、自感电动势、电场能达到最大值，应注意，自感电动势跟电容器两极电压是相等的．

小结：

放电过程：

充电过程：

　　关于图（3）→图（4）和图（4）→图（5）的分析，可以让学生自己结会阅读课本完成，并让学生明确电流的方向和哪一极带正电．

【例】如图（甲）、（乙）所示

　　（1）（甲）图正处充电过程还是放电过程？自感电动势如何变化？

　　（2）（乙）图是处充电过程，则电容器上极带正电还是负电？

　　分析：从电路角度来认识：当电容器为电源时，就是放电过程，当电感线圈为电源时，就为充电过程，再根据电流应从电源正极流出、负极流进的特征，较容易判定．

　　（1）假设（甲）图中L为电源，应有以下等效电路（图甲）电容器上极应带正电，但注意到电容器上极带负电．

　　不符题设，则应是电容器为电源，所以（甲）图应是放电过程．

　　（2）因为是充电过程，其等效电路应为图乙，电容器为用电器，电感应为电源，接电源正极的上板带正电．

　　总结指出：电磁振荡是一种周期性变化的现象，一周期内、充放电各两次．

　　3、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（ ）将不变，如图所示，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，如图所示，这叫做阻尼振荡（或叫减幅振荡），请同学位想一下，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．

4、总结、扩展

　　（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．它们的对应关系见下面表格：

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

⑦磁场能

①外力把m拉离平衡位置做功

②劲度系数k（或单摇的l）

③振动质量m（惯性）

④位移x

⑤速度v

⑥势能

⑦动能

　　（2）同学容易产生误解的地方是：电容（两极板带等量异种电荷，当它放电时正、负电行正好中和，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，根据图像进行分析．

　　当电容C中储存电场能最大时（带电量、场强值最大、电压最