电磁振荡（公开课）

一、课题分析

本章在电场、磁场、电磁感应等章的基础上，论述电磁振荡和电磁波的理论和实践知识，而本节既是本章的基础内容，又是本章的一个重要组成部分，具有比较特殊的地位。分析LC电路中震荡电流的产生过程是本节的重点和难点，电磁振荡产生的物理过程比较抽象，所以重点放在电路中电场能和磁场能的相互转化规律。此外，本节内容的掌握程度直接影响《电磁场和电磁波》一章的学习，因此本节的重点在于培养学生的观察能力和分析能力，为以后的学习铺平道路，真正体现“以学生发展为本”的教学理念，致力于改变以传授为主的传统教学模式。

在教学过程中，由于涉及到很多抽象的概念及规律，所以在教学手段上考虑采用：举例、提问、演示、实验、讨论、类比等教学方法，并使用多媒体手段，使实验中难以体现的内容和实质得以充分的展示，让学生有足够的时间去思考，去发现。具体流程如下：

二、课前准备

[教学目标]

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．

[重点、难点分析]

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。

[教具]

LC振荡电路演示仪、课件

三、教学过程

课题的引入

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．

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

①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)．

②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)．

③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．

④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）

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．

四、课堂研讨

例题1 、已知LC振荡电路如图1中电容器的极板1上的电量随时间变化曲线如图2所示，则下列四个选项中正确的是（ ）

A、 a、c两时刻电路中电流最大，方向相同

B、 a、c两时刻电路中电流最大，方向相反

C、 b、d两时刻电路中电流最大，方向相同

D、 b、d两时刻电路中电流最大，方向相反

例题2 、如图3，L为电阻很小的自感线圈，C为电容器，开关K闭合时，灯泡正常发光，如果突然断开K，并开始计时，规定电容器极板a带正电时Q为正，则图4中，能正确反映电量随时间变化关系的是（ ）

五、教后小结

1、电磁振荡过程比较抽象不容易理解，为此，本节课通过实验和FLASH课件相结合的方法，逐段进行分析