2019-2020学年高中物理下学期第七周 电磁振荡教学设计.doc

2019-2020学年高中物理下学期第七周 电磁振荡教学设计课题 第1节 电磁振荡课时考点、知识点1理解LC回路中产生振荡电流的过程了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用2会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况3知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别，以及振幅减小的原因4通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力学习目标1理解LC回路中产生振荡电流的过程了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用2会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况3知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别，以及振幅减小的原因4通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力重、难点LC回路产生电磁振荡, 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。学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录一、导入新课：在我们乘飞机旅行时，空中小姐请我们系上安全带的同时，会特别强调：为了您和飞机的安全，请把手机、手提电脑关闭，这是为什么呢？ （提出问题，引起学生思考）这是因为手机发射的电磁波会对飞机的雷达系统、导航系统形成干扰，使这些设备不能正常工作。实际上，无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？就要从电磁振荡开始学习二、新课展示：演示实验 （观察演示实验：LC回路和电磁振荡现象）介绍仪器装置，提醒学生注意观察：电容C、电感L、电流表G、电池组。（投影） 电路图（定义）由电感线圈和电容器组成的电路我们称之为LC振荡电路。（演示实验）接着把开关扳到电池组一边，给电容器充电，稍后把它扳到a端，让电容器放电（学生观察实验后描述实验现象） （定义）LC振荡电路产生的电流称为振荡电流（比较）在力学中我们已经学习了有关简谐振动的知识，要使振动系统能产生振动，仅有系统本身还不够，在开始前应先注入初始的能量。同样，在LC振荡电路中也需要注入初始的能量，现在我们采用的方法：如图1，当电建S和b接通，电源给电容器充电，在电容器中存入电场能。Flash课件演示刚才的实验过程（设问）振荡电流是如何产生的？接下来，我们来分析这个问题。运用多媒体辅助手段，分阶段分析电磁振荡过程给电容C充电如图2所示，电容器中储存一定的电场能(E电)电容C放电，如图3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C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4所示(电场能为零，Qc=0，Uc=0)，磁场能达到最大(与之对应的振荡电流也达到最大(Im)反向充电过程，如图5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，经C反向充电，同理则有i减小，E磁减小，而E电增大(Qc，Uc也随之增大)直到E磁(i)减为零，E电(Qc，Uc)增为最大，如图6所示电容C再次反向放电过程，如图7所示，同理可知E电(Qc，Uc)减小，直到为零，E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，微观实质是导线中的电子在其平衡位置附近做简谐振动电场能与电容器上的电荷有关，Q，E电场能，磁场能与流过线圈的电流有关，I，E磁场能，在理想的LC振荡电路中，在任何时刻，电场能和磁场能的总和不变。动画演示：各物理量的周期性变化动画演示：电磁振荡与单摆的对比电源给电容器充电相当于把摆球从平衡位置拉到最高点，作为震动的初始条件。电场能相当于重力势能，磁场能相当于动能，放电过程是把电场能转化为磁场能，相当于摆球从最高点摆至最低点，重力势能转化为动能。（关键：抓住放电、充电结束时刻的特点）LC回路中简谐振动 给电容器充电电容C电感L(相当于惯性)电荷Q电流i电场能E电磁场能E磁外力把m拉离平衡位置做功劲度系数k(或单摆的l)振动质量m(惯性)位移x速度v势能Ep动能Ek几个有关概念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、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？3、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，这类似于受迫振动电磁振荡的周期和频率 1周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率 LC回路的周期和频率： 由回路本身的特性决定这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率） 2在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化LC回路的周期和频率公式 （1）式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz（2）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、针对性练习：1某时刻LC回路的状态如图195所示，则此时刻 A振荡电流i正在减小B振荡电流i正在增大C电场能正在向磁场能转化D磁场能正在向电场能转化2如图196所示，初始C1带电，C2不带电，S接1时的振荡电流如图所示，若分别在a、b、c、d不同时刻将s由12，则回路中是否有振荡电流？3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增大电容器两极板上的正对面积并在线圈中放入铁芯B减小电容器两极板间的距离并增加线圈的匝数C减小电容器两极板间的距离并在线圈中放入铁芯D减小电容器两极板间的正对面积并减少线圈的匝数4在LC振荡电路中，电容器上的带电量从最大值变化到零的最短时间是 四、家庭作业与活动：1、完成课后家庭作业与活动相关习题；2、完成配套资料相关习题；五、板书设计：电磁振荡概念：规律：故事情景引入，激发学生思考学生看书回答对应问题，教师引导。积极思考，理解电磁振荡应用师生互动，讨论分析解决共性问题教师组织学生，完成练习，并展示练习结果课题 第2节 电磁场和电磁波课时考点、知识点1了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论2了解电磁场和电磁波概念，记住真空中电磁波的传播速度3了解我国广播电视事业的发展学习目标1了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论2了解电磁场和电磁波概念，记住真空中电磁波的传播速度3了解我国广播电视事业的发展重、难点. 了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论. 定性理解麦克斯韦的电磁场理论学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录1、 导入新课：一、电磁振荡1振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流，能够产生振荡电流的电路叫振荡电路，LC回路是一种简单的振荡电路。2LC回路的电磁振荡过程：可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律，如图所示3LC回路的振荡周期和频率 注意：（1）LC回路的T、f只与电路本身性质L、C有关（2）电磁振荡的周期很小，频率很高，这是振荡电流与普通交变电流的区别。分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）：iqttoo放电 充电 放电 充电理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中的总和不变。回路中电流越大时，L中的磁场能越大（磁通量越大）。极板上电荷量越大时，C中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）。C LLC回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数（见右图）。二、电磁场1麦克斯韦的电磁场理论要深刻理解和应用麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。（1）变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（磁场）；（2）均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）；（3）振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）；可以证明：振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场。点评：变化的磁场在周围空间激发的电场为涡旋电场，涡旋电场与静电场一样，对电荷有力的作用，但涡旋电场又于静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的，在涡旋电场中移动电荷时，电场力做的功与路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。另外要用联系的观点认识规律，变化的磁场产生电场是电磁感应现象的本质。2电磁场：按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，称为电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。理解电磁场是统一的整体：根据麦克斯韦电磁场理论的两个要点：在变化的磁场的周围空间将产生涡漩电场，在变化的电场的周围空间将产生涡漩磁场当变化的电场增强时，磁感线沿某一方向旋转，则在磁场减弱时，磁感线将沿相反方向旋转，如果电场不改变是静止的，则就不产生磁场同理，减弱或增强的电场周围也将产生不同旋转方向的磁场因此，变化的电场在其周围产生磁场，变化的磁场在其周围产生电场，一种场的突然减弱，导致另一种场的产生这样，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场链一环套一环，如下图所示需要注意的是，这里的电场和磁场必须是变化的，形成的电磁场链环不可能是静止的，这种电磁场是无源场（即：不是由电荷激发的电场，也不是由运动电荷-电流激发的磁场），并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播3电磁波变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。（1）有效地发射电磁波的条件是：频率足够高（单位时间内辐射出的能量Pf 4）；形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）。（2）电磁波的特点：电磁波是横波。在电磁波传播方向上的任一点，场强E和磁感应强度B均与传播方向垂直且随时间变化，因此电磁波是横波。电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0108m/s。波速和波长、频率的关系：cf注意：麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在（3）电磁波和机械波有本质的不同4无线电波的发射和接收（1）无线电波：无线电技术中使用的电磁波（2）无线电波的发射：如图所示。调制：使电磁波随各种信号而改变调幅和调频（3）无线电波的接收电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振。调谐：使接收电路产生电谐振的过程。调谐电路如图所示。通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率。检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号。4.电磁波的应用广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用。雷达：无线电定位的仪器，波位越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能强，多数的雷达工作于微波波段。缺点，沿地面传播探测距离短。中、长波雷达沿地面的探测距离较远，但发射设备复杂。二、针对性练习：1对处于图所示时刻的LC振荡电路，下列说法正确的是（）LCiA、电容器正在放电，电场能正转变成磁场能；B、电容器正在充电，电场能正转变成磁场能；C、电容器正在放电，磁场能正转变成电场能；D、电容器正在充电，磁场能正转变成电场能2.下列关于电磁波的叙述中，正确的是A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变长C.电磁波不能产生干涉、衍射现象D.雷达是利用自身发射的电磁波来对目标进行定位的3在我们的周围空间存在着各种不同频率的电磁波，它的存在为人类的信息交流带来了极大的方便：（1）是谁首先预言了电磁波的存在？答：（2）是谁用实验的方法证实了电磁波的存在？答：（3）无线电波按波长从大到小可分为长波、中波、中短波、短波等，按传播方式可分为天波传播、地波传播和直线传播，其中地波是依靠波的衍射作用沿地球表面传播的，那么上面提到的四种无线电波中哪种最适宜地波传播答：三、家庭作业与活动：1、完成课后家庭作业与活动相关习题；2、完成配套资料相关习题；四、板书设计：电磁波谱故事情景引入，激发学生思考学生看书回答对应问题，教师引导。积极思考，理解电磁波的运用师生互动，讨论分析解决共性问题教师组织学生，完成练习，并展示练习结果课题 第3节 电磁波谱电磁波的应用课时考点、知识点1知道麦克斯韦电磁理论。2知道变化的电场和磁场形成一个互相联系的统一场，即电磁场。3知道电磁场在空间的传播形成电磁波。4知道什么样的电磁振荡和电路有利于向往发射电磁波。5知道电磁波的基本特点，电磁波是横波。学习目标1知道麦克斯韦电磁理论。2知道变化的电场和磁场形成一个互相联系的统一场，即电磁场。3知道电磁场在空间的传播形成电磁波。重、难点知道什么样的电磁振荡和电路有利于向往发射电磁波。知道电磁波的基本特点，电磁波是横波。学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录1、 导入新课：一麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场1恒定的磁场不能产生电场，恒定的电场也不能产生磁场2磁场是均匀变化的（磁感应强度B是时间t的一次函数），产生的电场是恒定的（电场强度E是恒量），这样的电磁场不能产生持续的电磁波3若磁场变化是不均匀的（B不是t的一次函数），则产生的电场是变化的变化不均匀的电场产生变化的磁场4周期性变化的磁场（电场），产生同频率的电场（磁场）二电磁场：变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是电磁场三电磁波1电磁波：电磁场由近及远的传播形成电磁波2电磁波在空间传播不需要介质电磁波是横波电磁波传递电磁场的能量3电磁波的波速、波长和频率的关系为v=f，电磁波在真空中速度为 3108ms4对电磁波的理解，要注意与机械波的相同点和区别点：相同点：电磁波与机械波都可发生反射、折射、衍射等A B区别点：（1）电磁波是横波，机械波有横波和纵波两大类（2）电磁波的速度（在真空中等于光速）远大于机械波（例如声速只有 340 ms）（3）电磁波传播不一定需要介质（在真空中也能传播），机械波传播必须有介质（4）电磁波向外传播的是电磁能，机械波传播的是机械能二、新课展示：1、分析闭合电路中电流的形成：电路中电流形成的实质是电荷在电场力作用下发生的定向移动， B M而电场力的发生一定伴随电场，电场的方向与导体中电流的方向相同。2、感应电流的产生： 要使M中产生感应电流的条件是什么？强调：在M环中产生感应电流的实质是环内产生了电场，电场驱使电子定向移动而产生了电流，电场的方向与电流方向相同。那么将金属环拿走，当磁场变化时的电场是否存在呢？引入麦克斯韦的电磁场理论麦克斯韦把这种情况的分析推广到不存在闭合电路的情形，他认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍现象，跟闭合电路是否存在无关。1、变化的磁场产生电场。2、麦克斯韦研究了电现象和磁现象，他预言既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也能产生磁场。变化的电场产生磁场3、分析 恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无电场。 均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。 周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。4、电磁场的形成：变化的电场和变化的磁场是相互联系着的一个不可分割的统一体，这就是电磁场。 麦克斯韦预言：这种电磁场由发生区域向无限远处的空间传播就形成了电磁波。且在真空中电磁波的传播速度跟光速相等。 麦克斯韦的预言最后由物理学家赫子证实了电磁波的存在，并进一步分析电磁波在真空中的传播速度为C=3.00108m/s 电磁波的波长由V=f得到f=C/5、无线电波：无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。无线电波的波长从几毫米到几十千米。通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段长波、中波、中短波、短波、微波。三、针对性练习：1、关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是A电磁波是横波 B电磁波的传播需要介质C电磁波能产生干涉和衍射现象 D电磁波中电场和磁场方向处处互相垂直2、下列关于电磁波的说法正确的是A均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B电磁波在真空和介质中传播速度相同C只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D电磁波在同种介质中只能沿直线传播3、LC回路的频率为100赫兹，电容为0.1微法.求电感是多大? 如果LC回路的频率为1000赫兹,电容不变,电感又是多大? 4、关于电磁场与电磁波，下列说法中正确的是（ ）A、变化的磁场产生电场，其电场线与静电场中电场线相同B、变化的电场产生磁场，所产生磁场的磁感线是闭合的C、电磁波中的电场强度和磁感应强度达到最大值有先后D、电磁波与机械波相同，必须在有介质的空间传播5、关于电磁波和机械波，下列说法中错误的是（ ）A电磁波和机械波都能产生干涉、衍射现象B电磁波和机械波都需要通过介质传播C电磁波和机械波传播过程都传递了能量D发射无线电波时常需要对电磁波进行调制四、视野拓展麦克斯韦麦克斯韦是英国的理论物理学家、数学家。15岁就曾向英国皇家学会递交数学论文，发表在爱丁堡皇家学会学报上。16岁考入爱丁堡大学学习数学和物理学，19岁转入剑桥大学。他读到法拉第的著作电学实验研究，立即被它吸引住了，24岁发表了第一篇有关电磁学的论文法拉第的力线。年轻的麦克斯韦以他卓越的数学才能把法拉第用直观、形象方式表述的电磁理论，加以概括提高，总结了当时对电磁现象研究的成果，建立了电磁场的基本方程，即麦克斯韦方程组，确立了电磁场的理论。从理论上预言了电磁波的存在。麦克斯韦的电磁理论实现了科学认识的一个革命性变革，其简洁的数学形式中蕴藏着完美的对称结构：电场和磁场的对称性；时间和空间的对称性。1879年11月5日麦克斯韦在剑桥逝世，年仅49岁。四、板书设计：1、变化的磁场产生电场。2、麦克斯韦研究了电现象和磁现象，他预言既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也能产生磁场。变化的电场产生磁场3、分析 恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无电场。 均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。 周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。4、电磁场的形成：变化的电场和变化的磁场是相互联系着的一个不可分割的统一体，这就是电磁场。 麦克斯韦预言：这种电磁场由发生区域向无限远处的空间传播就形成了电磁波。且在真空中电磁波的传播速度跟光速相等。 麦克斯韦的预言最后由物理学家赫子证实了电磁波的存在，并进一步分析电磁波在真空中的传播速度为C=3.00108m/s 电磁波的波长由V=f得到故事情景引入，激发学生思考学生看书回答对应问题，教师引导。积极思考，理解。师生互动，讨论分析解决共性问题教师组织学生，完成练习，并展示练习结果课题 第4节 无线电波的发射、传播和接收课时考点、知识点1、了解无线电波的波长范围2、了解无线电波的发射过程和调制的简单概念3、了解调谐、检波及无线电波的接收的基本原理学习目标 1、知识与技能：了解无线电波的波长范围 了解无线电波的发射过程和调制的简单概念 了解调谐、检波及无线电波的接收的基本原理2、过程与方法：理解无线电波发射的过程3、情感态度与价值观：体会科学与技术的结合之美重、难点1、重点：调制、调幅、调频、调谐和解调2、难点：调制、调幅、调频、调谐和解调学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录一、导入新课：一、介绍无线电波的波段的划分：通常使用的无线电波的波长范围从几毫米到几千米，根据波长或频率把无线电波分成几个波段，如下表所示：二、无线电波的发射：在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要，例如，广播、电视要利用电磁波，无线电通信要利用电磁波，航空、航天中的自动控制和通信联系都要利用电磁波那么，学习了前面几节的电磁学内容，我们知道了电磁波是怎样产生的以及电磁波的性质。那么怎样利用电磁波来传递各种信号呢？下面我们便来学习无线电波的发射。二、新课展示：1、阅读课文回答下列问题（学生通过复习电磁波一节的内容可以得到正确答案）：问题1有效的向外发射电磁波的条件是什么？（1）要有足够高的振荡频率，因为频率越高，发射电磁波的本领越大。（2）振荡电路的电场