2022年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十八章 電磁和電磁波 二、電磁振蕩的周期和頻率(第一課時(shí))

2022年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十八章 電磁和電磁波 二、電磁振蕩的周期和頻率(第一課時(shí)) ●本節(jié)教材分析 本節(jié)主要介紹LC回路的周期和頻率公式，這兩個(gè)公式是研究開發(fā)電路發(fā)射高頻電磁波的理論基礎(chǔ)之一，因此，研究自感系數(shù)、電容跟振蕩周期和振蕩頻率的關(guān)系對(duì)電磁波的學(xué)習(xí)是非常重要的.其中，兩個(gè)公式在中學(xué)不宜推導(dǎo)，只能通過實(shí)驗(yàn)去定性認(rèn)識(shí). 教材在解釋什么叫振蕩電路的固有周期和固有頻率后，通過演示實(shí)驗(yàn)改變LC回路中的電感L或電容C，使同學(xué)看到電路的振蕩周期、頻率隨之變化，由實(shí)驗(yàn)中得出電感L大（?。㈦娙軨大（?。┲芷陂L(zhǎng)（短）的結(jié)論.要啟發(fā)學(xué)生體會(huì)到：LC回路的周期、頻率由電路本身的特性（L、C值）決定，所以把電路的周期、頻率叫做固有周期、固有頻率.教材沒有做進(jìn)一步的分析和證明，直接給出了周期公式和頻率公式，這兩個(gè)公式的證明在中學(xué)不易講清楚.我們的目的是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察了解公式內(nèi)容，能應(yīng)用公式對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析、計(jì)算.教材強(qiáng)調(diào)了公式中各個(gè)物理量的單位，這是有的學(xué)生容易出錯(cuò)的地方，課堂上可讓學(xué)生做一些簡(jiǎn)單的基本練習(xí). ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道電磁振蕩的周期和頻率. 2.知道振蕩電路的固有周期和固有頻率. 3.知道LC回路的周期和頻率公式. 二、能力目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用公式解決實(shí)際問題的能力. 三、德育目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生的類比歸納能力. ●教學(xué)重點(diǎn) LC回路周期公式和頻率公式的理解和應(yīng)用. ●教學(xué)難點(diǎn) LC回路周期公式的理解. ●教學(xué)方法 演示分析法、類比推理法. ●教學(xué)用具 多抽頭電感線圈一個(gè)（L＞500 H，R＜500 Ω），可變電容器、單刀雙擲開關(guān)各一個(gè)，學(xué)生電源、示波器各一臺(tái)，導(dǎo)線若干. ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 一、引入新課 ［師］LC回路的電磁振蕩有什么特點(diǎn)？ ［生］電路中的電量、電流、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度以及電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能都發(fā)生周期性變化. ［師］通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)，知道電磁振蕩具有周期性.這節(jié)課我們一起學(xué)習(xí)電磁振蕩的周期和頻率. 二、新課教學(xué) 1.電磁振蕩的周期和頻率 ［師］請(qǐng)同學(xué)們回憶機(jī)械振動(dòng)的周期和頻率. ［生］振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所用的時(shí)間，叫做機(jī)械振動(dòng)的周期.1秒鐘內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù)叫做頻率. ［師］類似地，電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時(shí)間叫周期，用T表示.一秒鐘完成周期性變化的次數(shù)叫頻率，用f表示. ［生］電磁振蕩的周期和頻率跟哪些因素有關(guān)呢？ ［師］下面通過實(shí)驗(yàn)來研究這個(gè)問題.出示電路圖投影片如右圖所示.根據(jù)電路圖連接電路，將L、C調(diào)到某一值，然后通過開關(guān)S先給電容器充電，再觀察振蕩周期；分別改變L、C的值，先后重復(fù)上面操作，觀察振蕩周期是否變化？說明了什么道理？ ［生］改變L、C的值，電磁振蕩的周期發(fā)生變化.說明電磁振蕩的周期跟電路中的工作元件有關(guān). ［師］振蕩電路的振蕩周期由振蕩電路本身的特點(diǎn)決定，因此也叫固有周期和固有頻率.振蕩周期究竟跟電路有什么關(guān)系？下面讓我們通過實(shí)驗(yàn)來研究. ［演示］電磁振蕩的周期T與L、C的關(guān)系. （1）將自感系數(shù)固定在某一值，然后逐漸增大電容，發(fā)現(xiàn)電容越大，振蕩周期越大. （2）將電容固定在某一值，逐步增大自感系數(shù)，發(fā)現(xiàn)自感系數(shù)越大，振蕩周期越大. 2.LC回路的周期和頻率公式 ［師］嚴(yán)格的理論推導(dǎo)得出LC回路的周期公式和頻率公式為 T=2π f= 請(qǐng)同學(xué)們說出公式中各物理量的單位. ［生］T（s)、L(H)、C(F)、f(Hz) ［師］根據(jù)上面的公式可知，適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，就可以使振蕩電路的周期和頻率符合我們的需要.在需要改變振蕩電路的周期和頻率的時(shí)候，可以用可變電容器和線圈組成電路，改變電容器的電容，振蕩電路的周期和頻率就隨著改變. 三、小結(jié) 本節(jié)主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容： 1.電磁振蕩的周期和頻率及其特點(diǎn). 2.LC回路的振蕩周期和頻率的公式和特點(diǎn). 至此，我們初步知道了電磁振蕩的一般概念，如果把電磁振蕩中電容器的電荷量q與做機(jī)械振動(dòng)的彈簧振子離開平衡位置的位移x相對(duì)應(yīng)，振蕩電流i與振子的運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)應(yīng)，則我們可以找到其他相對(duì)應(yīng)的量的變化. 3.電磁振蕩與機(jī)械振動(dòng)的異同. （1）兩種運(yùn)動(dòng)本質(zhì)不同，前者是電磁運(yùn)動(dòng)，后者是機(jī)械運(yùn)動(dòng). （2）周期性變化的物理量不同，但兩種運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng). ①對(duì)機(jī)械振動(dòng),位移、速度、勢(shì)能、動(dòng)能都發(fā)生周期性變化. ②對(duì)電磁振蕩，電荷、電流、電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能也都發(fā)生周期性變化. ③它們的周期和頻率都由振動(dòng)或振蕩系統(tǒng)本身來決定. 四、作業(yè) 練習(xí)一、（2）（3）（4）寫在作業(yè)本上. 五、板書設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.下圖電路中，可變電容的最大值是300 pF,要獲得最低頻率是550 kHz的振蕩電流，線圈的自感系數(shù)應(yīng)當(dāng)是多大？如果可變電容器動(dòng)片完全旋出時(shí)電容變?yōu)?0 pF，這時(shí)可產(chǎn)生多大頻率的振蕩電流？ 2.要使LC回路的頻率增大，可采用的方法是 A.增大電容器兩極板間距 B.增大電容器兩極板的正對(duì)面積 C.在線圈中插入鐵芯 D.減少線圈的匝數(shù) 3.某收音機(jī)的頻率范圍是4 MHz至12 MHz,試求該收音機(jī)振蕩電路中可變電容器電容的最大值是最小值的多少倍？ 4.LC回路中電容器極板上的電荷量隨時(shí)間的變化關(guān)系如下圖所示，下列說法正確的是 A.在t1時(shí)刻，電路中的磁場(chǎng)能最小 B.從t1時(shí)刻到t2時(shí)刻，電路中電流變小 C.從t2時(shí)刻到t3時(shí)刻，電容器不斷被充電 D.在t4時(shí)刻，電容器的電場(chǎng)能最小 參考答案： 1.解析：由f=可得 L=H=2.79×10-4 H=279 μH f= Hz=1.74×106 Hz=1.74 MHz 2.AD 3.解析：設(shè)頻率為f1時(shí)電容為C1，頻率為f2時(shí)電容為C2. 當(dāng)L一定時(shí)，由f=得 4.ACD