高中物理选修3-4第十四章 电磁波2 电磁振荡教案设计

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[教学目标]
1、理解LC振荡电路的固有周期（频率）的决定因素．
2、会应用公式或定性分析有关问题，并能正确应用公式进行相关的计算．
3、知道麦克斯韦电磁场理论大意．
4、理解电磁场的产生，掌握电磁波的特性及其波长、波速的关系．
5、通过介绍电磁场理论建立的简史，培养学生立志成才，为科学而献身的精神．
[教学建议]
1、要启发学生认识到：LC回路的周期、频率由回路本身的特性，即本身的电容量和电感线 圈的自感系数决定．所以把电路的周期、频率叫固有周期、固有频率．
2、教师先通过实验引入，启发学生思考、想象，总结麦克斯韦理论，再利用哲学中相互联系的规律理解掌握电磁场理论．结合课本讲解电磁波概念，类比机械波，理解电磁波传播规律．
3、适当介绍麦克斯韦如何继承前人的研究成果，如何提出合理的假设和建立完整的电磁场理论，以及它对科学的重要意义，对学生认识科学发展的过程，受到科学思想和方法的教育是十分必要的．有条件的可以再适当多做些介绍．
[重点]
1、LC振荡电路的周期公式，频率公式是教材中的重点内容．通过实验现象观察，定性地得出了电感L大（小）、电容C大（小）、周期长（短）的结论．
2、麦克斯韦电磁场理论要点及电磁波的特点．
[难点]
麦克斯韦电磁场理论要点的理解
[教学过程]
一、新课导入
上节课我们通过比较电磁振荡与简谐运动有很多相似之处，它们的运动都有周期性，我们知道振动的周期只与其本身的条件有关，而电磁振荡中的振荡电流周期又是由什么因素决定的呢？电感L、电容C的大小对振荡的快慢有怎样的影响？
这一节课我们继续往下分析
二、新课教学
1、电磁振荡的固有周期T
讲解：大量精确的实验和电磁学理论证明，电磁振荡的固有周期T，跟LC电路中电感L和电容C的乘积的平方根成正比，即 ，各物理量都用国际制单位，比例系数为2 ，则有公式
式中T、f、L、C的单位分别是秒、赫、亨和法（单位符号是s、Hz、H、F）
分析：公式表明，适当地选择电容C和电感L，就可以使电路的固有周期和频率符合我们的各种需要，通常应用中是可变电容器和电感线圈组成LC电路，要得到不同周期和频率的振荡电流，可通过改变电容器的电容C来实现，如图19—16所示，亦可通过改变电感L来实现，如图19－17所示：
收音机中调节谐振电路的周期，就是通过调节可变电容来实现的．
（95）例题1、在LC振荡电路中,用以下的哪种办法可以使振荡频率增大一倍? ( )
A.自感L和电容C都增大一倍;
B.自感L增大一倍,电容C减小一半;
C.自感L减小一半,电容C增大一倍;
D.自感L和电容C都减小一半.
（97）例题2、为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中
可采取的是（ ）
（A）增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯
（B）减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数
（C）减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯
（D）减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数
[过渡] 人类认识客观世界，发现新的事物，常有两种方式，一种是从生产实践、科学实验中观察分析后发现新的事物，另一种是从科学理论出发，预言新的事物存在．电磁波的发现，属于后一种．麦克斯韦从电磁场理论出发，运用了较为深奥的数学工具，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波的存在．10年后，他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言，发射并接收了电磁波，从而开创了无线电技术的新时代．我们现在粗略地介绍了一下麦克斯韦的这个理论．
2、麦克斯韦的理论要点
（1）麦克斯韦其人简介
（2）变化的磁场产生电场
[演示实验]
装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光．
问题1：线圈中产生感应电动势说明了什么？
分析：麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场（涡旋电场）在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流．
问题2：如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？
引导学生思考后回答：有电场、无电流．
问题3：想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？
回答：有
总结说明：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关．
（3）变化的电场产生磁场
我们知道，电流周围存在着磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系．经过反复思考提出一个假设，变化的电场产生磁场．
这一点，我们从哲学上知道，事物之间是相互联系的，可以相互转化．
比如根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板问周期性变化着的电场周围也要产生磁场．
3、电磁场、电磁波
（l）概念
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播．见课本图19—10，电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波．
（2）赫兹第一次发现了电磁波，赫兹其人简介
（3）电磁波的特点
①是横波：用课本P270图19－10说明
②是物质波，真空中也能传播，能独立存在（与机械波不同）
③具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性
（4）波速公式（ ）
电磁波在真空中速度等于光速．
（5）电磁波利弊谈
4、总结、扩展——麦克斯韦的电磁场理论
（1）、变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围产生磁场．
（2）、均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场．这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强度（或电场强度）对时间变化率一定．
（3）、不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场
（4）、振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场．
（5）、变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播就是电磁波．
例题分析：例3关于电磁波在真空中传播速度，下列说法中不正确的是（ D ）．
A、频率越高，传播速度越大
B、电磁波的能量越强，传播速度越大
C、波长越长，传播速度越大
D、频率、波长、强弱都不影响电磁波的传播速度
例题4 、下列各图中，磁场产生相应的电场，正确的是（ BC ）
t
B
t
E
A
t
B
t
E
B
t
B
t
E
D
t
B
t
E
C
[教后记]