資源簡介

4.1 電磁振蕩 ---教學評大單元分課時教學設計
課 題 人教版(2019)高中物理·選擇性必修·第二冊 第四章 第1節 電磁振蕩
課 型 新授課 復習課□ 試卷講評課□ 其他課□
授課班級 授課時間
教學內容分析 課標要求： 2.3.1初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，初步了解場的統一性與多樣性，體會物理學對統一性的追求。 2.3.2通過實驗，了解電磁振蕩。 教材分析： 本節課程是本章的重難點內容，要理解好振蕩電路的產生過程為下面的電磁波的產生和傳播做鋪墊。本節課要知道在電磁振蕩過程中回路中的由流變化規律及申量變化規律，要知道在整個振蕩周期內，能量的轉化過程，為進一步認識由磁波的產生奠定基礎。
學情分析 知識儲備：學生在第三章已經學習了電磁感應，在此基礎上進一步研究由自感線圈與電容器形成的LC振蕩回路的特點，目的是在引出現代科學中的電磁理論。 能力基礎：學生已經具備了一定的物理實驗能力，能用一些實驗方法（如控制變量法）處理實驗、分析和歸納實驗結果的能力，但是學生對物理現象的認識、理解只停留在感性認識上，語言描述歸納能力不夠精煉。 思維能力：學生在建立物理模型能力及空間思維能力方面有所欠缺，本節課通過演示實驗，讓學生觀察到現象，培養學生的觀察能力。
核心素養 物理觀念∶理解電磁振蕩的概念， 體會物理觀念產生的過程。 科學思維∶通過振蕩電路的分析， 體會物理模型在探索自然規律中的作用。 科學探究：培養學生實驗探求知識的意識，增強求知欲望。 科學態度與責任∶通過結合生活中各種相應現象及常識，理解電磁振蕩在人們生活中的地位。認識到物理學是基于人類有意識的探索而形成的對自然現象的描述與解釋。
教學重難點 重點：振蕩電路中能量的轉化和守恒。 難點：振蕩電路的變化過程中電流、電量、能量的變化規律。
教學準備 多媒體課件、音叉，一盆水等。
活動設計
教學內容 教師活動 學生活動 評價任務
環節一：導入新課
圖片展示：旅行者一號和拍攝的地球圖片 時至今日，我們仍然能夠接收到200億千米之外旅行者1號發來的信息。電磁波的發現和使用帶來了通信技術的發展，極大地改變了人們的生活，開闊了我們的視野。 水波是由機械振動形成的。一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是要形成持續的水波，則需要不斷地擊打水面。電視、廣播接收的是電磁波，要產生持續的電磁波，需要持續變化的電流。怎樣才能產生這樣的電流呢 演示實驗：用小錘敲打音叉，然后放入水中。播放動圖：不斷擊打的水面。 要產生持續變化的電流由兩種一種是交流發電機，和電容器的充放電的過程。我們現在用電容器來產生持續變化的電流。 1.介紹圖中內容； 2.提出問題讓學生思考。 1.觀察圖片內容； 2.思考老師提出的問題。 1.學生的觀察能力； 2.評價學生積極思考和參與課堂的習慣；
環節二：新課教學 活動一：觀察振蕩電路中電壓的波形
把線圈、電容器、電源和單刀雙擲開關按照圖甲連成電路。把電壓傳感器（或示波器）的兩端連在電容器的兩個極板上。 先把開關置于電源一側，為電容器充電;稍后再把開關置于線圈一側，使電容器通過線圈放電。觀察電腦顯器顯示的電壓波形。 1.介紹實驗過程 1.認真聆聽老師的介紹，認真觀察實驗現象，總結實驗現象； 1.觀察學生對實驗的興趣程度； 2.聽學生的回答情況，評價學生的表達能力和思維。
活動二：電磁振蕩的產生
1.概念 在前面的實驗中電路的電壓發生周期性的變化，電流也發生周期性的變化。并且由于周期很短也就變化很迅速，導致頻率就很高，所以在物理上把這種高頻交流電流稱為震蕩電流。即 ①大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫振蕩電流。 想一想與交流電有何區別？ 振蕩電流實際上就是交變電流，不過習慣上指頻率很高的交變電流。所以我們采用電容器來提供變化的電流，如果用發電機，那么它的轉速要達到3000轉以上，這對設備將會是一個很大的考驗。 ②振蕩電路：能夠產生振蕩電流的電路。 當開關置于線圈一側時，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。像現在的這個那就是一個最簡單的振蕩電路。 2.振蕩電路的工作原理 a.電容器充電結束，兩極板上的電荷最多。 b.電容器開始放電，回路中電流從0開始逐漸增到最大。兩極板電荷量從最大減為0。 那放電過程結束后，電流會從最大值直接變為零嗎？ c.當然不會啦，因為線圈有自感效應，它會阻礙電路中的電流變小。所以電流會保持原來的流向，并逐漸減小到零。所以當自感線圈給電容器反向充電結束，回路中電流從最大減為0，兩極板電荷量從0變回最大。 d.電容開始反向放電。 e.自感線圈給電容器反向充電，于是整個電路回到最開始狀態。完成了一個變化周期之后不斷的重復。 剛才我們已經知道了電磁振蕩的過程，那么他們的電量、電流、電壓、電場強度和磁感應強度是如何變化的呢？ 3.電流、電量的變化圖像 首先電容剛開始放電時，極板上的電荷是上正，下負。若以逆時針方向為電流正方向，那在正向放電的這個過程中，上極板的電量由正向最大減少到零。而回路中的電流，則由零增加到正向最大，放電結束。 然后由于線圈的自感作用，電流不會立馬變成0，對應圖像是從最大慢慢變成0。而這也是電路中電容一直在反向充電，電荷上負下正，所以圖像是從零慢慢變為反向最大，充電結束。 接著電路中充滿反向電荷的電容又要放電了。但是電流方向相反這種圖像中電流就是零增加到反向最大，相應電荷就從反向最大減小為零，放電結束。但之后又由于線圈的自感作用，反向電流一樣不會立馬為0，對應圖像中電流是從反向最大減少為零，而此時電路中，電容一直被正向充電電荷上正下負，所以圖像是從零慢慢變為正向最大，充電結束。 至此在一個周期內，電容器經歷兩次充電和兩次方面，并且電容器上的電壓，電場強度和電場能跟電量一樣，圖像同步變化，而線圈的磁感應強度磁場能的跟電流一樣圖像同步變化。而兩組之間對比下圖像，變化正好相反。 在整個過程中，電路中的電流i、電容器極板上的電荷量q、電容器里的電場強度 E、線圈里的磁感應強度B，都在周期性地變化著。這種現象就是電磁振蕩。 思考與討論 電磁振蕩與機械振動雖然有著本質的不同，但它們還是具有一些共同的特點。在機械振動中，例如在單擺的振動中，位移x、速度v、加速度a這幾個物理量周期性地變化。在電磁振蕩中，電荷量q、電流i、電場強度E、磁感應強度B這幾個物理量也在周期性地變化。 在機械振動中，動能與勢能周期性地相互轉化。那么，在電磁振蕩中，能量是如何轉化的 分析：動圖播放單擺中勢能和動能的變化。 講解概念，提出問題，引導學生思考問題 1.思考并回答老師提出的問題； 從學生的分析、表達和總結的能力等方面評價
活動三：電磁振蕩中的能量變化
（二）電磁振蕩中的能量變化 電場能→磁場能→電場能→磁場能→電場能。所以，在電磁振蕩的過程中，電場能和磁場能會發生周期性的轉化。只不過變化的步調相反。 如果沒有能量損失，振蕩可以永遠持續下去，振蕩電流的振幅保持不變。這是種理想情況。 任何電路都有電阻，電路中總會有一部分能量會轉化為內能。另外，還會有一部分能量以電磁波的形式輻射出去。這樣，振蕩電路中的能量就會逐漸減少，振蕩電流的振幅也就逐漸減小，直到最后停止振蕩。 1.提出問題引導學生結合教材小組成員之間分析討論傳感器的工作原理； 1.閱讀教材找出答案并與小組成員分享答案，畫出流程圖，每小組推舉一名發言人和一名同學上臺畫出流程圖； 培養學生的合作精神、表達能力
活動四：電磁振蕩的周期和頻率
周期：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間。 頻率：一秒鐘內完成周期變化的次數叫做頻率。 我們知道電磁振蕩一次，電路中的電流i和極板上的電量q也變化一個周期。不僅如此，線圈中的磁感應強度B，極板間的電壓U，電場強度E他們的變化周期也是這么多。此外頻率就是周期的倒數，所以這些量的頻率也是相同的。振蕩電路的周期和頻率可以應用于哪些量？是他們受什么因素影響呢？ 思考與討論 電容較大時，電容器充電、放電的時間會長些還是短些 線圈的自感系數較大時，電容器充電、放電的時間會長些還是短些 根據討論結果，定性分析LC電路的周期（頻率）與電容 C、電感L的關系。 分析：如果增大電壓就看到振幅變大了，但變化周期并沒有改變，看來周期和外部電壓無關。在換個因素是是增大電容，這次的周期被拉長啦，看來電容會影響周期。除了電容還有電感，如果自感系數變大，變化周期也被拉長啦，看來自感系數也會影響周期。你還可以做更多實驗。事實上，周期和頻率是跟電容和電感有關。至于電流、電量、電壓以及外部電路的亂七八糟的物理量都影響不了周期，所以周期和頻率也被稱為LC振蕩電路固有周期和固有頻率。 周期： 頻率： ①式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz。 ②適當地選擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要。 問題：如果想讓周期變大，有什么方法呢？ 容易看出在只要讓自感系數L，或者電容c變大就行啦，至于在倆變大的方法，咱們以前其實都說過。L：線圈的大小、形狀、匝數、鐵芯。。 注意：在一個周期內，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。因為電場能和磁場能這兩種能量沒有方向和正負的變化，只有大小變化，所以他倆的周期是震蕩周期的一半兒，這樣的頻率也就是震蕩頻率的兩倍。 講解周期和頻率的概念，提出問題，引導學生思考問題 思考與討論 評價學生的合作思考能力
環節三：課堂練習 例題和練習
課本例題 在LC振蕩電路中，線圈L的自感系數為30μH，可調電容器C的可調范圍為1.7-270pF。求振蕩電路的頻率范圍。 解：根據LC振蕩電路的頻率公式 此振蕩電路的頻率范圍是1.77×106—2.65×107Hz。 課堂練習 例1：（多選）對振蕩電路，下列說法正確的是（ ） A．振蕩電路中、電容器充電或放電一次所用的時間為 B．振蕩電路中，電場能與磁場能的轉化周期為 C．振蕩過程中，電容器極板間電場強度的變化周期為 D．振蕩過程中，線圈內磁感應強度的變化周期為 解：在一個周期內，電容器充電、放電各兩次，每次充電或放電所用的時間為振蕩周期的1/4。電場能與電場強度的方向無關，磁場能與磁感應強度的方向無關，因此在電磁振蕩的一個周期內各出現兩次最大值，即電場能或磁場能的變化周期為 。電場、磁場、電荷的變化周期跟電流的變化周期相同，均為　。 多媒體展示例題 巡視學生思考練習 教師講解 思考練習 評價學生解說過程。 注意巡視有無學生亂用公式現象，若有，及時給予講解糾正。
環節四：課堂小結
學到了什么？ 引導學生小結 小組討論，總結本節課得失
環節五：作業設計
教材75頁“練習與應用”。 指導學生完成練習，面批練習。 按要求完成練習。 從完成情況和書寫情況等方面進行評價。
主板書設計
4.1電磁振蕩 1.振蕩電流∶ 大小和方向都做周期性迅速變化的電流 2.振蕩電路∶能夠產生振蕩電流的電路。 3.LC振蕩電路∶當開關置于線圈一側時，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。 4.在整個過程中，電路中的電流i、電荷量q、電場強度E、磁感應強度B，都在周期性地變化著。這種現象就是電磁振蕩。 5.電磁振蕩的周期和頻率，
教學反思

展開更多......

收起↑