第十九章 电磁场和电磁波

1 / 7第十九章 电磁场和电磁波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2 / 7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3 / 7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4 / 7（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） 5 / 7（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 回路中简谐振动给电容器充电电容 c电感 L（相当于惯性）电荷 Q电流 i6 / 7电场能磁场能外力把 m 拉离平衡位置做功劲度系数 k（或单摇的 l）振动质量 m（惯性）位移 x速度 v势能动能（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、电压最高） ，电路中电流为零磁场能为零随着电容c 逐渐放电，