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
(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).
(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
①给电容器充电
②电容c
③电感l(相当于惯性)
④电荷q
⑤电流i
⑥电场能
⑦磁场能
①外力把m拉离平衡位置做功
②劲度系数k(或单摇的l)
③振动质量m(惯性)
④位移x
⑤速度v
⑥势能
⑦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,电场能 (带电量q,电压u)逐渐减小,而磁场能 (电流i)将逐渐增大.
5、布置作业
6、板书设计
一、电磁振荡
1、实验
2、产生过程
3、概念
二、无阻尼振荡和阻尼振荡
三、电磁振荡和单摆类比对应关系
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