2020-2021学年2 电磁振荡教学设计

电磁振荡　

一、教育目标

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、重点、难点、疑点及解决办法

1．对振荡电路，振荡电流基本概念的理解和电磁振荡现象的认识是难点，做好演示实验是关键。

2．LC回路产生电磁振荡是本章本单元的重点，也是难点，分析重点应放在电场能和磁场能的转化上；其次要明确转化条件是电感线圈自感作用和电容器的充放电作用，可借助单摆振动类比，形容电磁振荡中能量的转化情况。

三、教具准备

LC振荡电路演示仪、大屏幕示波器

四、学生活动设计

1．通过观察振荡电路，了解其结构

2．通过实验现象观察，总结电流变化规律

3．对比电磁振荡和单摆振动，指出它们在能量转化及相关物理量上的对应关系

五、教学步骤

(一)引入新课

1．电磁振荡演示实验，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，演示操作，先用40V电源给电容C充电，再将开关S拨到G端。

[提出问题]将会发生什么现象？

它说明了什么？

引导学生见课本P135图6-2，参照此图认真阅读课本134和135页中关于电磁振荡的叙述，以便在头脑中建立起形象的电磁振荡的物理图象。

(二)进行新课

1．电磁振荡现象概念总结

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，启发思考进行分析讲解)

①给电容充电，如图所示，电容器中储存一定的电场能(E电)

②电容C放电，如图所示，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，如图所示(电场能为0，0＝0，U＝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，C反向充电，同理则有i减小，ε磁减小，而ε电增大(Qc，Uc也随之增大)，直到ε磁(i)减为零，ε电(Qc，Uc)增为最大，如图5所示。

④电容C再次反向放电过程——如图7所示，同理可知ε电(Qc，Uc)减小，直到为零，ε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。

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(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。

4．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。

六、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论。它们的对应关系见下面表格

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ε电(带电量Q，电压U)逐渐减小，而磁场能ε磁(电流i)将逐渐增大

七、板书设计

第六章　 电磁振荡　 电磁皮

第一节　 电磁振荡

1．电磁振荡

(1)实验

(2)产生过程

(3)概念

2．无阻尼振荡和阻尼振荡

3．电磁振荡和单摆类比对应关系