电磁振荡的教案示例.docx
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电磁振荡的教案示例
电磁振荡的教案示例(之一)
一、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.
二、重点、难点分析
1.先通过观察演示实验,总结得到几个基本概念:
振荡电路,振荡电流,电磁振荡现象等.这部分知识,基本概念很抽象,研究对象多是看不见摸不着的电磁场及其运动,理解起来也较为困难,所以做好演示实验是关键,再辅以类比推理和生动的比喻、描述,能增强可接受性.
2.LC回路产生电磁振荡是本章本单元的重点,也是难点.电磁振荡产生的物理过程较为抽象,所以重点应放在电路中电场能和磁场能的相互转化上;分析指出何时电场能转化为磁场能,何时磁场能转化为电场能;何时电场能最大,何时磁场能最大.与之对应的也要指出电路里电流何时最大,何时为零.
其次还要明确电场能和磁场能相互转化的条件是电感线圈的自感电动势的作用和电容器的充放电作用.为了增强可理解性,此处可借助于单摆或弹簧振子的简谐运动来类比、形容电磁振荡过程中能量的转化情况.
三、教具
1.LC振荡电路演示仪(含晶体管振荡器)等.
2.大屏幕示波器(用于观察振荡电流的波形).
3.如有条件,可用计算机和彩显,使用三维动画软件,模拟LC电路中的振荡过程.
四、主要教学过程
(一)引入新课
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.
(二)主要教学过程设计
1.电磁振荡.
(1)观察演示实验.
简介仪器:
电磁振荡示教板,电感L、电容C;另附晶体管振荡器,市售40V干电池(可延长电流表指针往复摆动时间,达十几次以上).连接成如图1所示电路.
演示操作:
先用40V电源(用6V电源也可)给电容C充电,若将开关S拨到a端.
提出问题:
将会发生什么现象?
它说明了什么?
引导启发同学边看边想,电流表G指针为什么摆动?
往复摆动说明通过G的电流有什么特点?
在同学回答的基础上,总结得出几个概念:
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.
上述实验中,为什么电流表G指针往复摆动的幅度越来越小?
如果LC回路中无电阻,也没有其它形式的能量损失,则电流表的指针将一直摆动下去,可是实际中总有能量损失,要维持LC回路中一直有振荡电流,可借助于一种晶体管振荡器,不断地补充能量.然后接上振荡器,再观察现象:
最后,再将振荡电流信号取出,接在示波器上观察波形后,指出振荡电流是一种什么性质的电流?
有何特点?
它是怎样产生的?
总结指出,振荡电流实质上就是前边学过的交流电,它也按正弦规律变化.下面研究它的产生过程.
(2)电磁振荡的产生过程(可结合画图或投影幻灯,启发思考进行分析讲解).
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运动.
2.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(Im)将不变,如图9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?
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.
3.复习巩固(视实际情况,可选一种或二种)
用示波器观察上述两种电磁振荡中振荡电流的波形;用计算机和三维动画软件模拟电磁振荡的产生过程.
(三)课堂小结(视实际情况可适当删减)
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运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,LC振荡电路中的电磁振荡的过程等,可以形象地用弹簧振子或单摆做简谐运动的相似性类比.它们的对应关系和相应的意义简述如下,如图11所示:
2.同学容易产生误解的地方是:
电容C两极板带等量异种电荷,当它放电时正、负电荷正好中和,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,采用图12略加分析:
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E电(带电量Q,电压U)逐渐减小,而磁场能E磁(电流i)将逐渐增大……
五、教学说明
1.电磁振荡及相关的物理过程和物理状态抽象、复杂难以理解,教学中一定要做好演示实验.电感L、电容C尽可能选择数值较大的.充电电源有条件的可用市场售45V的充电电池,这样可使电流表指针往复摆动十几次以上.
2.利用示波器观察振荡电流的波形,可极大地提高学生对振荡电流实质的认识——看到了“事实”!
若能用计算机模拟振荡过程中电场能(C中电场线或电荷)与磁场能(L中的磁感线或电流i)的相互转化过程,不但能激发学习的兴趣,同时对于同学加深对电磁振荡的理解,形成正确的物理概念,建立正确的物理图景是大有益处的.
3.此外,充分使用简练而重点突出的板图,可起到将难点分散,便于理解和接受的教学效果.
4.有些画图可制成投影幻灯片或挂图以便节省时间.边讲边画图效果更好
电磁波与现代通信
知识点一、信息与信息传播
1、黑龙江最大的火山湖镜泊湖,冬季捕捞创造过一网打鱼86万斤的记录.捕捞时,在厚约1米的冰面上开一个进网口和一个出网口,两口相距1500米,捕捞所用的渔网,长约1500多米,宽约800米,网到冰下水中后,要在广泛的湖中展开,还要准确地在出网口收拢.关于网头上的设置,以下说法正确的是( )
A.渔网在冰面下要按人的指挥运动,应该在网头装有遥控接收装置
B.渔网在冰面下要按人的指挥运动,应该在网头装有遥控发射装置
C.为了确定网头到达的具体位置,网头上应装有信号接收传感器
D.为了确定网头到达的具体位置,人拿的指挥棒上应装有信号发射传感器
知识点二、电磁波及其传播
2、为了体现高考的公平公正,很多地方高考时在考场上使用手机信号屏蔽器,该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由信道的低端频率向高端扫描.该扫描速度可以在手机接收报文信号中形成乱码干扰,手机不能检测出从基站发出的正常数据,使手机不能与基站建立联接,达到屏蔽手机信号的目的,手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象.根据你学过的知识可以判断( )
A.手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的
B.手机信号必须在介质中才能传播
C.手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内
D.手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的
知识点三、现代通信
3、如图所示为我国“北斗卫星导肮系统”示意图.截止目前.中国已成功发射4颗北斗导航试验卫星和16颗北斗导航卫星,北导系统区域组网顺利实现,可以向亚太地区提供连续无源定位、导航、授时等试运行服务.该系统在传递信息过程中主要依靠( )
A.电磁波B.超声波C.次声波D.光导纤维
同步练习:
一、选择题
1、在___芦山地震救灾中,先遣救援人员利用“北斗卫星导航系统”对发生灾情的位置进行定位,并及时将信息反馈给抗震救灾指挥中心,为救灾争取了宝贵的时间。
“北斗卫星导航系统”传递信息主要依靠()
A.超声波B.次声波C.红外线D.电磁波
2、地面和太空航天器之间的信息传输是利用()
A.超声波B.次声波C.电磁波D.光导纤维
3、能源、信息和材料是现代社会发展的三大支柱。
关于能源、信息和材料,下列说法正确的是()
A.太阳能是不可再生能源
B.北斗“导航是利用超声波进行定位和导航的
C.卫星通信、移动通信是利用电磁波来传递信息的
D.LED灯的核心元件发光二級管是由超导材料制成的
4、电磁波应用非常广泛。
下面几种设备中,不是利用电磁波来工作的是()
5、如图所示为我国“北斗卫星导肮系统”示意图.截止目前.中国已成功发射4颗北斗导航试验卫星和16颗北斗导航卫星,北导系统区域组网顺利实现,可以向亚太地区提供连续无源定位、导航、授时等试运行服务。
该系统在传递信息过程中主要依靠()
6、关于电磁波的说法正确的是()
B.电磁波的波速越大则波长越长
C.红外线和可见光在真空中传播速度相同
D.电磁波、声波都可以在真空中传播
7、汽车导航仪在与“北斗”卫星联系时,利用的是()
8、某手机网络频率范围是1920MHz---1935MHz,下列说法正确的是()
A.1920MHz的电磁波波长比1935MHz的短
B.1920MHz的电磁波不能再没有空气的月球上传播
C.1920MHz的电磁波在真空中传播的速度比1935MHz的慢
D.1920MHz和1935MHz的电磁波在真空中传播的速度相同
9、在芦山县抗震救灾中,“旋翼无人机”成为“救灾的空中指挥官”。
低空飞行的“无人机”短时间内就确定了倒塌严重区域,为救援力量分布、调度提供了服务。
对于上述新闻信息所涉及的物理知识,下列说法正确的是()
A.无人机通过超声波与地面控制中心联系
B.无人机通过电磁波与地面控制中心联系
C.无人机通过次声波与地面控制中心联系
D.无人机通过光纤向地面控制中心传送图像
10、北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,缩写为BDS。
该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。
BDS卫星通信使用的是()
D.光波
11、关于能源﹑材料﹑信息的说法正确的是()
﹑电磁波﹑超声波都可以在真空中传播
D.无线电广播﹑卫星电视﹑移动电话都是靠微波传递信息的
12、电磁波家族成员很多,有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、,射线等.电磁波与人们的生活密不可分.巳渗透到我们生活的各个方面.关于电磁波的应用,下列说法正确的是()
A.验钞机利用红外线来辨别钞票真伪.
13、我国北斗导航卫星传递信息利用的载体是()
波外
14、图示中,有一款内置微型“GPS”(全球卫星定位系统)的专用鞋,当穿着它离开指定的区域时,鞋中的“GPS”便会自动发送使用者所在位置信息,该信息被卫星接收后再发送到手机,此过程中由波传递信息,传播速度约为m/s.
15、电磁波不需要介质也能向外传递能量,形成电磁辐射。
电磁辐射对人体健康的影响已引起人们广泛的关注。
以下活动中,几乎不会对人产生电磁辐射的是()
A.使用手电筒B.玩电脑游戏
C.接听手机D.仅靠工作着的微波炉
16、研究表明,当空气中颗粒的直径越接近可见光的波长(波在一个周期内传播的距离叫波长),颗粒对光的“消光”能力就越强。
空气中PM2.5颗粒是灰霾天能见度降低的主要原因。
若可见光的频率约为5×1014Hz()
μμμm
17、___5月28日,三亚卫星接收站建成,卫星信号首次覆盖南海。
卫星向舰艇GPS信号接收器传送信息是通过()
A、激光B、红外线
C、紫外线D、电磁波
18、“蛟龙号”深海潜水器在海水里与海面上的母船传递声音、图像、文字等信息,是利用水声通信系统发出的声波,而不是电磁波,其原因可能是( )
A.电磁波不能传递图像信号 B.电磁波不能传递声音信号
C.电磁波不能在海水里传播 D.因海水导电,电磁波传播的距离很有限
二、填空简答题
1、数字通信是一种既现代又古老的通信方式,现代电话已全部采用数字信号进行处理,若用“0”和“1”代表“开”和“关”这两个动作,组成一组数字信号,可以表达一句话。
例如:
“我相信你能行”的数字信号为“”.
请参照此代码和上述例子,用另一组信号表达你想说的一句话:
,其数字信号为。
2、见上图如图8所示,将手机置于封闭的玻璃罩内,把罩内的空气用抽气机抽走,使之成为真空,再拨打该手机号码,发现手机屏幕上显示有来电,但却听不到来电提示音,这说明。
3、光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的一种通信方式。
光波________(选填“属于”或“不属于”)电磁波,电磁波在真空中的传播速度为________m/s。
4、我国研发的北斗卫星导航系统是利用提供导航服务的,渔民是利用声响装置发射和接收来探测鱼群位置的。
(选填“超声波”、“次声波”或“电磁波”)
5、电磁波是一个大家族,红外线、可见光、紫外线、x射线、γ射线等,都是家族中的成员,其中,用来检测金属中是否有缺陷的是
6、美国航天局发现了在茫茫宇宙中除地球之外,还有三颗跟地球类似宜居的星球。
其中较近的两颗,距地球1200光年。
那么光年是(选填时间、长度、速度)的单位;在真空中,光的传播速度电磁波的传播速度(选填小于或等于或大于)。
7、现实生活中,越来越多的人使用手机进行视频通话,手机之间是依靠来传递信息的。
遥控器是靠发射(选填“紫外线”、“红外线”或“可见光”)实现对电视机的控制。
8、LED液晶电视的发光二极管是由____________(填“导体”或“半导体”)材料制成的。
卫星电视的图像信号是由卫星通过_________传送信息的。
9、用手机跟朋友通话很方便。
在你讲话的时候,它用_________把信息发射到空中。
10、世界上凡是计算机集中的地方,例如企业、机关、某些居民小区等,大都已经把自己的计算机联在一起了。
这些网络又互相联结,成为世界上最大的计算机网络,叫做
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