《電磁振蕩》教案教材分析：本節(jié)課程是在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上進一步研究了由自感線圈與電容器形成的LC振蕩回路的特點，目的是在引出現(xiàn)代科學(xué)中的電磁理論，學(xué)生通過對LC振蕩電路的學(xué)習(xí)，知道在電磁振蕩過程中回路中的電流變化規(guī)律及電量變化規(guī)律，要知道在整個振蕩周期內(nèi)，能量的轉(zhuǎn)化過程，為進一步認(rèn)識電磁波的產(chǎn)生奠定基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)生成：【物理觀念】了解電磁振蕩產(chǎn)生的過程?！究茖W(xué)思維】經(jīng)歷用所學(xué)過的知識來解決相關(guān)現(xiàn)象、解釋相關(guān)問題,養(yǎng)成樂于科學(xué)探索的思維習(xí)慣?！究茖W(xué)探究】培養(yǎng)學(xué)生實驗探求知識的意識，增強求知欲望?！究茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任】通過結(jié)合生活中各種相應(yīng)現(xiàn)象及常識，理解電磁振蕩在人們生活中的地位。體會物理知識在生活中的重要作用，培養(yǎng)勇于探索的精神。。教學(xué)過程：【引入新課】問題：古時候人們使用什么方法進行聯(lián)絡(luò)呢？飛鴿傳書？或是烽火傳軍情。如今，天問一號處于繞火星飛行階段，距離地球超過1億公里，地面的工作人員又是如何與它聯(lián)系？我們是如何接收如此遙遠的距離外發(fā)送的信號的呢？是的，通過電磁波。電磁波的發(fā)現(xiàn)和使用帶來了通信技術(shù)的發(fā)展，改變了人們的生活，接下來我們就來學(xué)習(xí)這一章節(jié)電磁振蕩和電磁波先一起回顧一下機械波是如何產(chǎn)生的？一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是很快就會消散。如果要形成連續(xù)的水波，則需要不斷的打擊水面。手機通信、電視、廣播接手的是電磁波信號，要產(chǎn)生持續(xù)的電磁波就需要持續(xù)變化的電流，這樣的電流如何產(chǎn)生呢？我們一起來觀察一個實驗探究點一電磁振蕩的產(chǎn)生【思考】想一想與交流電有何區(qū)別？振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫作振蕩電流。振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。LC振蕩電路：當(dāng)開關(guān)置于線圈一側(cè)時，由電感線圈L和電容C組成的電路，就是最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。老師引出：LC電磁振蕩的產(chǎn)生原理電容器充放電和線圈的自感現(xiàn)象共同作用產(chǎn)生的LC電磁振蕩的產(chǎn)生過程LC振蕩電路電流的周期性變化電容器極板上電荷量的周期性變化1、LC電磁振蕩過程中幾個特殊時刻各參數(shù)的特征2、LC電磁振蕩的特點：LC回路工作過程具有對稱性和周期性，可歸結(jié)為：(1)、兩個物理過程：放電過程：電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，q↓→i↑充電過程：磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，q↑→i↓(2)、兩個特殊狀態(tài)：充電完畢狀態(tài)：磁場能向電場能轉(zhuǎn)化完畢，電場能最大，磁場能最小放電完畢狀態(tài)：電場能向磁場能轉(zhuǎn)化完畢，磁場能最大，電場能最小LC電磁振蕩的變化規(guī)律：(1)總能量守恒＝電場能＋磁場能＝恒量(2)電場能與磁場能交替轉(zhuǎn)化LC電磁振蕩過程中各參數(shù)的變化規(guī)律圖像電磁振蕩：在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷、通過線圈的電流，以及跟電荷和電流相聯(lián)系的電場和磁場都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩。探究點二、電磁振蕩中的能量變化阻尼振蕩和無阻尼振蕩無阻尼振蕩：在電磁振蕩中，如果沒有能量損失，振蕩電流的振幅保持不變，這種振蕩叫做無阻尼振蕩，也叫做等幅振蕩。2．阻尼振蕩：任何電磁振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流的振幅逐漸減小，這種振蕩叫做阻尼振蕩，或叫做減幅振蕩。（1）振蕩電路中的能量損耗有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（產(chǎn)生焦耳熱），還有一部向外輻射出去而損失．（2）如果用振蕩器不斷地將電源的能量補充到振蕩電路中去，就可以保持等幅振蕩。探究點三、電磁振蕩的周期和頻率1．周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間叫做周期，一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率。LC回路的周期和頻率：由回路本身的特性決定．這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡稱振蕩電路的周期（或頻率）。2．在一個周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場能（或磁場能）完成兩次周期性變化?！舅伎寂c討論】LC電路的周期（頻率）與哪些因素有關(guān)？電容較大時，電容器充電、放電的時間長些還是短些？線圈的自感系數(shù)較大時，電容器充電、放電時間長些還是短些？根據(jù)上面的討論結(jié)果，定性地講，LC電路的周期（頻率）與電容C、電感L的大小有什么關(guān)系？3.LC回路的周期和頻率公式T=f=（1）式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz．（2）適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要．課堂重點知識小結(jié)1.LC振蕩電路中的振蕩電流按正弦規(guī)律變化，電路的狀態(tài)與相應(yīng)的物理量對應(yīng).2.電磁振蕩分阻尼振蕩和無阻尼振蕩．3.LC振蕩電路中電磁振蕩的固有周期回路的周期4.固有頻率例題：LC振蕩電路中電容器極板上電量q隨時間t變化的圖線如圖，由圖可知：A、在t1時刻電路中的磁場能最小B、從t1到t2，電路中的電流值不斷變小C、從t2到t3，電容器不斷充電D、在t4時刻電容器的電場能最小課后篇素養(yǎng)形成必備知識基礎(chǔ)練1.關(guān)于LC振蕩電路中的振蕩電流,下列說法正確的是()A.振蕩電流最大時,電容器兩極板間的電場強度最大B.振蕩電流為零時,線圈中自感電動勢為零C.振蕩電流增大的過程中,線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化成電場能D.振蕩電流減小的過程中,線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能解析振蕩電流最大時處于電容器放電結(jié)束瞬間,電場強度為零,A錯誤;振蕩電流為零時,振蕩電流改變方向,這時的電流變化最快,電流變化率最大,線圈中的自感電動勢最大,B錯誤;振蕩電流增大時,電場能轉(zhuǎn)化為磁場能,C錯誤;振蕩電流減小時,線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,D正確。答案D2.在LC振蕩電路中,電容器上帶的電荷量從最大值變化到零所需的最短時間是()A.π4LC BC.πLC D.2πLC解析LC振蕩電路的周期T=2πLC,其中電容器上的電荷量從最大值變到零所需的最短時間為t=T4=π2答案B3.有一LC振蕩電路,能產(chǎn)生一定波長的電磁波,若要產(chǎn)生波長比原來短一些的電磁波,可用的措施為()A.增加線圈匝數(shù)B.在線圈中插入鐵芯C.減小電容器極板正對面積D.減小電容器極板間距離解析由于電磁波傳播過程中波速v=λf恒定,因此欲使波長λ變短,必須使頻率f升高。由于頻率f=12πLC,所以,增加線圈匝數(shù)和在線圈中插入鐵芯,將使線圈自感系數(shù)L增大而降低頻率f;減小電容器極板間距將使電容C增大而降低頻率f;減小電容器極板正對面積將使電容C減小而升高頻率f?？梢?答案C4.(多選)在LC振蕩電路中,若某個時刻電容器極板上的電荷量正在增加,則()A.電路中的電流正在增大B.電路中的電場能正在增加C.電路中的電流正在減小D.電路中的電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化解析電荷量增加,電容器充電,電場能增加,磁場能減少,電流減小。答案BC5.某LC電路的振蕩頻率為520kHz,為能使其提高到1040kHz,以下說法正確的是()A.調(diào)節(jié)可變電容,使電容增大為原來的4倍B.調(diào)節(jié)可變電容,使電容減小為原來的1C.調(diào)節(jié)電感線圈,使線圈電感變?yōu)樵瓉淼?倍D.調(diào)節(jié)電感線圈,使線圈電感變?yōu)樵瓉淼?解析由振蕩頻率公式f=12πLC可知,要使頻率提高到原來的2倍,則可以減小電容使之變?yōu)樵瓉淼?4,或減小電感使之變?yōu)樵瓉淼?4,故B正確,A答案B6.如圖所示,LC振蕩電路中振蕩電流的周期為2×10-2s,自振蕩電流沿逆時針方向達最大值時開始計時,當(dāng)t=3.4×10-2s時,電容器正處于(選填“充電”“放電”“充電完畢”或“放電完畢”)狀態(tài)。此時電容器的上極板(選填“帶正電”“帶負(fù)電”或“不帶電”)。

解析根據(jù)題意畫出此LC電路的振蕩電流隨時間的變化圖像如圖所示。結(jié)合圖像,t=3.4×10-2s時刻設(shè)為圖像中的P點,則該時刻正處于反向電流的減小過程,所以電容器正處于反向充電狀態(tài),上極板帶正電。答案充電帶正電7.如圖所示為振蕩電路在某一時刻的電容器帶電情況和電感線圈中的磁感線方向情況。由圖可知,電感線圈中的電流正在(選填“增大”“減小”或“不變”)。如果電流的振蕩周期為T=10-4s,電容C=250μF,則線圈的電感L=H。

解析根據(jù)磁感線方向,應(yīng)用安培定則可判斷出電流方向,從而可知電容器在充電,電流會越來越小。根據(jù)振蕩電流的周期公式T=2πLC得L=T24π2C=10答案減小10-6關(guān)鍵能力提升練8.(多選)一個LC振蕩電路中,線圈的自感系數(shù)為L,電容器的電容為C,從電容器上電壓達到最大值Um開始計時,則有()A.至少經(jīng)過πLC,磁場能達到最大B.至少經(jīng)過12C.在12πD.在12πLC解析LC振蕩電路周期T=2πLC,電容器電壓最大時,開始放電,經(jīng)12πLC時間,放電結(jié)束,此時電容器電荷量為零,電路中電流最大,磁場最強,磁場能最大。因為Q=CU,所以電容器放出的電荷量Q=CUm,由I=qt,所以I=CU答案BCD9.(多選)為了測量儲罐中不導(dǎo)電液體的高度,將與儲罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器C置于儲罐中,電容器可通過開關(guān)S與線圈L或電源相連,如圖所示。當(dāng)開關(guān)從a撥到b時,由L與C構(gòu)成的電路中產(chǎn)生周期T=2πLC的振蕩電流。當(dāng)罐中的液面上升時()A.電容器的電容減小B.電容器的電容增大C.LC電路的振蕩頻率減小D.LC電路的振蕩頻率增大解析當(dāng)罐中液面上升時,相當(dāng)于插入的電介質(zhì)變多,電容器兩極板間的介電常數(shù)變大,則電容器的電容C增大,根據(jù)T=2πLC,可知LC電路的振蕩周期T增大,又f=1T,所以振蕩頻率減小,故選項B、C正確,A、D答案BC10.在如圖所示的電路中,L是電阻不計的電感器,C是電容器,閉合開關(guān)S,待電路達到穩(wěn)定狀態(tài)后,再斷開開關(guān)S,LC電路中將產(chǎn)生電磁振蕩,如果規(guī)定電感器L中的電流方向從a到b為正,斷開開關(guān)的時刻為t=0,那么下列選項圖中能正確表示電感器中的電流i隨時間t變化規(guī)律的是()解析S斷開前,ab段短路,電流從b→a,電容器不帶電;S斷開時,ab中產(chǎn)生自感電動勢,阻礙電流減小,給電容器C充電,此時電流負(fù)向最大;給電容器充電過程,電容器電荷量最大時,ab中電流減為零;此后,LC回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流。綜上所述,選項C正確。答案C11.(多選)電子鐘是利用LC振蕩電路來工作計時的,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電子鐘每天慢30s,造成這一現(xiàn)象的原因可能是()A.電池用久了B.振蕩電路中電容器的電容大了C.振蕩電路中線圈的電感大了D.振蕩電路中電容器的電容小了解析電子鐘變慢,說明LC電路的振蕩周期變大,根據(jù)公式T=2πLC可知,振蕩電路中電容器的電容變大或線圈的電感變大都會導(dǎo)致振蕩電路的周期變大。故選B、C。答案BC12.一個智能玩具的聲響開關(guān)與LC電路中電流有關(guān),如圖為該玩具內(nèi)的LC振蕩電路部分,已知線圈自感為L=0.25H,電容器的電容C=4μF,在電容器開始放電時取t=0,這時上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,當(dāng)t=2×10-3s時,求:(1)電容器的上極板帶何種電?(2)電路中電流的方向如何?解析(1)LC振蕩電路的固有周期T=2πLC=2π0.25×4×10-6s=2π×10-3s,t=2×10-3s是第一個周期內(nèi)的T4到T2之間,在第一個T4內(nèi)電容器放電,放電完畢,電容器上電荷為零(2)在0~T4內(nèi)電容器放電,電流方向為逆時針方向,電流從零逐漸增大到最大值。T4~T2內(nèi)由于線圈的自感作用,線圈中的電流沿原來的方向繼續(xù)流動,答案(1)負(fù)電(2)逆時針方向13.實驗室里有一水平放置的平行板電容器,知道其電容C=1μF。在兩極板上帶有一定電荷時,發(fā)現(xiàn)一帶負(fù)電的粉塵恰好靜止在兩極板間。手頭上還有一個電感L=0.1mH的電感器,現(xiàn)連成如圖所示電路,分析以下問題:(重力加速度為g)(1)從S閉合時開始計時,至少經(jīng)過多長時間電容器電場方向向上?此時粉塵的加速度大小是多少?(2)從S閉合時開始計時,至少經(jīng)過