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1、电磁振荡教学设计 浙江省平湖中学 朱叶娟一、设计思路:“电磁振荡”是高中物理知识的一个重要章节，是电磁学知识的联系和发展，为电磁波的发射和接收作好知识准备，跟实际生活联系紧密，并且是面向信息时代的阶梯，是培养实践能力的较好教材之一。本节要求学生在观察物理现象，取得一定感性认识的基础上，通过对现象的观察，了解振荡电流的产生过程，但由于电容器极板上的电荷、自感线圈中的振荡电流变化情况，以及电路中的电场和磁场变化情况无法看到，因此，利用传统的演示实验加板书讲授教学，学生脑海里很难建立清晰的电荷、电流随时间变化的物理情景，学生的学习兴趣难以激发，物理过程难以正确建立。因此，本节课在理论猜想推导的基础上
2、利用电流传感器和计算机演示电路中的振荡电流变化情况，利用智慧课堂将实验过程及现象投屏给学生端计算机，使学生在短时间里建立起振荡电流发生变化及各物理量随时间变化的规律，从而建立正确的知识体系，帮助学生理解和记忆，事半功倍。二、教学目标1、知道LC电路产生电磁振荡的现象，了解电容器极板上电荷量、电路中电流、电压的变化情况以及振荡过程中能量的转化及损失情况2、会用传感器观察振荡电流随时间变化的规律3、通过对电磁振荡的观察和分析，培养学生的观察能力、推理能力和严谨的思维能力，使学生掌握研究物理问题的科学方法4、利用多媒体信息技术学习本节，激发学生的学习兴趣，培养严谨的科学态度三、教学重难点重点：分析L
3、C振荡电路的振荡过程并得到相关物理量的变化规律难点：理解一个振荡周期内电流及其它量的变化规律四、教学过程引入：利用电磁波发射和接收实验引入本堂课，引出电磁波及其产生、发射和接收的核心技术电磁振荡，即本课的课题。思考1：产生持续的电磁波需要什么?（学生答：变化的电磁场或变化的电流） 思考2：请根据所学的知识设计一个电路，使它能产生变化的电流。（让学生设计画图。由于学生会看书等，所以增加提问，电容器的电感线圈的作用。并且复习交流发电机，为什么交流发电机不能满足电磁波发射的要求频率太低。）至此，学生不一定能确定设计的电路是否能产生交变电流，于是用实验来证明一切。实验：观察回路中电流表指针的变化（教师
4、投屏实验仪器，介绍展示板上的电路，说明如何做实验，观察内容。）实验现象：电流表指针来回摆动说明：电路中产生的电流是交变电流教师归纳，给出几个基本概念。一、 电磁振荡的产生1、几个基本概念振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流（振荡电流习惯上指频率很高的交变电流）振荡电路：能产生振荡电流的电路LC振荡电路：由线圈L和电容C组成的最简单振荡电路理想的LC振荡电路:只考虑电感、电容的作用，而忽略能量损耗2、电磁振荡的产生过程思考3：LC振荡电路中的振荡电流是怎么产生的?满足什么规律？（逐一分析下列五张图，并引导学生完成学习卡上的任务，中间拍照片展示学生的学习情况）教师引导提问：1）（1）图，电
5、容器开始放电瞬间，能量都储存在哪里?以什么形式存在?电容器里。以电场的形式存在。此时，有关电容器的一些物理量有何特点?电容器电荷量最大，两极板间电场强度最大，储存的电场能最大。线圈中的有关物理量又有何特点?线圈（电路）中电流为0，磁感应强度为0，磁场能为0。电容器开始放电后，电路中的电流是否马上达到最大值?为什么?不是。因为线圈的自感现象，电路中的电流会慢慢增大。 （回顾电容器学习时的放电现象特点）2）什么时候电路中的电流达到最大值?为什么?放电完毕时，如图（2），电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值。因为在（1）到（2）的过程中，回路中能量由电场能转化为磁场能，图2时磁场能最大，磁场最大
6、，而磁场是由电流产生的，所以此时电流最大。3）电容器放电完毕后，线圈中的电流会不会立即减小为0，为什么?不会。线圈的自感作用使线圈中的电流保持原方向流动并逐渐减小。此时，电容器两极板哪个极板带正电，电荷量如何变化?电容器下极板带正电（称为反向充电），电荷量逐渐增大。此过程中，回路中能量又是如何转化的?磁场能转化为电场能。4）请同学们互相讨论并分析接下来的过程。着重分析电容器和线圈的各物理量的变化情况。理论分析结束后，让学生根据分析结论和学习卡上的内容，先尝试画出电荷量随时间的变化规律图。（因为书上有，所以学生不难画出，但是会提问为什么是曲线而不是直线规律慢慢减小和增大。学生不一定能回答出来，所
7、以设置下一环节先，让学生根据已有的电荷量规律画出电流随时间的变化规律，提示电流与电荷量的关系i=q/t）板书两张图，分析知电荷量图的斜率即为电流的规律。给出电磁振荡的概念：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷、通过线圈的电流，以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。思考4：在电磁振荡过程中，电场强度和磁感应强度的变化规律又是如何?得到：电场强度的变化规律与电荷量的变化规律同步磁感应强度的变化规律与电流的变化规律同步思考5：在电磁振荡过程中，电场能和磁场能的变化规律大致如何?在一次振荡过程中能量转化了几次？（学生绘制图像，教师提醒学生能量没有方向）
8、并引导学生得出：在一次振荡过程中能量转化了两次演示实验：用传感器和计算机观察振荡电流（用以验证理论分析）实验得到稳定后的振荡电流图像是满足正弦规律的。但是振幅明显减小了，故提出能量的问题。思考6：实验中振荡电流的振幅为什么变小了？电磁振荡中有能量损失。一部分转化为内能。一部分以电磁波的形式辐射出去了。演示实验：用传感器和计算机观察有能量补充的振荡电流承接：电磁振荡是一个周期性变化的过程，那么我们应进一步研究它的周期，使之更具实用价值。二、电磁振荡的周期和频率电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期，1s内完成周期性变化的次数叫做频率。如果没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率叫
9、做振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。思考7：猜想LC振荡电路的周期（频率）会与哪些因素有关？讨论：电容较大时，电容器的充电、放电时间长些还是短些？线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电时间长些还是短些？演示实验: 研究振荡周期（频率）与L、C的关系改变电容和电感，从振荡电流图像上看振荡周期与两者的关系。得到C越大，L越大，则T越大得到结论：周期（频率）公式各量的单位提一下。实际应用 中适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路物周期和频率符合我们的需要。三、晶体振荡器石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频
10、率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。四、课堂小结教师引导、学生归纳，一个振荡周期内分为几个充放电过程？电量、电流、电场能和磁场能有什么样的变化规律？五、课后拓展思考8：电磁振荡与机械振动在本质上是不同的,但是学过这节课后,你是否发现了它们的共同之处？请类比学习下。（以单摆为例）
