2021-2022学年鲁科版选择性必修第二册4-1电磁波的产生教案

4.1电磁波的产生教案教学目标与核心素养物理观念∶1、理解电磁理论的内容，体会物理观念产生的过程。2、理解电磁振荡的概念，体会物理观念产生的过程。科学思维∶通过振荡电路的分析，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究：培养学生实验探求知识的意识，增强求知欲望。科学态度与责任∶通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁波在人们生活中的地位。通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁振荡在人们生活中的地位。教学重难点教学重点：麦克斯韦电磁场理论的基本内容。振荡电路中能量的转化和守恒。教学难点：振荡电路的变化过程中电流、电量、能量的变化规律。教学方法演示法、讲授法教学过程（一）新课引入图片展示：我们能在电视上欣赏到月球车“玉兔号”拍摄的月球表面的高清晰图片，能用智能手机查阅信息、通话、导航……这一切都要归功于电磁波。除了传递信息，微波炉烹饪美味佳肴、医用CT机检查体……都离不开电磁波。那么，电磁波是怎样产生的呢？（二）新课教学1、麦克斯韦的预言1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了通电导线会使磁针偏转，揭示了电流的磁效应。1831年，英国物理学家法拉第发现电磁感应现象，表明磁也会“生电”。19世纪60年代，在总结法拉第等人电磁现象研究成果的基础上，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，精辟地揭示了电场与磁场之间的联系，预言了电磁波的存在，并提出了重要假设。（1）变化的磁场周围产生电场①在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场。②如果磁场随时间均匀变化，则激发的涡旋电场是稳定的，即涡旋电场不随时间变化.③如果磁场随时间不均匀变化，则激发的涡旋电场随时间变化。（2）变化的电场周围会产生磁场①即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，也会在其周围产生涡旋磁场。电容器在充电过程中，随着电荷的增加，电容器两极板间的电场发生变化，就会在周围产生涡旋磁场。②如果电场随时间均匀变化，则激发的磁场是稳定的.③如果电场随时间不均匀变化，则激发的磁场随时间变化。（3）电磁波根据麦克斯韦的理论可得出：交变的电场周围产生频率相同的交变的磁场，交变的磁场周围产生频率相同的交变的电场。交变的电场和交变的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波。麦克斯韦将电场和磁场的所有规律综合起来，建立了完整的电磁场理论体系。这个电磁场理论体系的核心就是麦克斯韦方程组。从麦克斯韦方程组可预见电磁波的存在，确定电磁波的传播速度为光速，且光也是某种频率的电磁波。2、赫兹实验实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花。实验原理：当与感应圈相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花，说明这个导线环接收到了电磁波。典例解析(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是()A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C.变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场3、电磁振荡实验与探究：电磁振荡按图4-4所示电路图连接电路，将开关拨到1，给电容器充电。然后把开关拨到2，注意观察灵敏电流计指针如何偏转。你能从中得到什么结论？现象：灵敏电流计的指针左右摆动，摆幅逐渐减小，最后指针停在零点位置。结论①电流计指针的来回摆动，表明电路中产生了大小和方向都周期性变化的电流。②摆幅逐渐减小，说明电路中存在能量损失。概念：①振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫振荡电流。②振荡电路：能够产生振荡电流的电路。③LC振荡电路：由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。（2）振荡电路的工作原理a.在LC振荡电路中，已充电的电容器未放电时，电路中没有电流，电容器内电场最强。此时，电路的全部能量是电容器里存储的电场能。b.闭合开关，电容器放电，其电荷量减少，由于线圈自感的阻碍作用，电流逐渐增大，磁场的磁感应强度与能量也逐渐增大。放电完毕时，电流最大，电场能全部转化为磁场能。c.由于线圈的自感作用，线圈中的电流继续保持原来的方向并且逐渐减小，同时给电容器反向充电，电容器的电荷量逐渐增多，电场的强度与电场能逐渐增大，电流与磁场逐渐减弱。电流减为零时，磁场能全部转化为电场能。d.此后，电容器又开始反向放电，两极板上电荷不断减少，电路中的电流逐渐增大，但电流方向与（b）所示的电流方向相反。在此过程中，电场能逐渐转化为磁场能，放电完毕的瞬间，电场能又全部转化为磁场能。e.由于线圈的自感作用，电流继续流动，电容器又被充电，磁场能又转化为电场能。(3)电流、电量的变化图像一个周期内，电容器经历两次充电和两次方面，并且电容器上的电压，电场强度和电场能跟电量一样，图像同步变化，而线圈的磁感应强度磁场能的跟电流一样图像同步变化。而两组之间对比下图像，变化正好相反。在整个过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。如果没有能量损失，振荡可以永远持续下去，振荡电流的振幅保持不变。这是种理想情况。任何电路都有电阻，电路中总会有一部分能量会转化为内能。另外，还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。这样，振荡电路中的能量就会逐渐减少，振荡电流的振幅也就逐渐减小，直到最后停止振荡。实际电路中：由电源通过电子器件为LC电路补充能量。（4）电磁振荡的周期和频率周期：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间。频率：一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比称为电磁振荡的频率。如果没有能量损失，也没有外界影响，电磁振荡的周期和频率称为振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。大量的实验表明：振荡电路的周期是由振荡电路中电感线圈的自感和电容器的电容决定的。电感线圈的自感越大，电容器的电容越大，振荡电路的周期就越长。周期：频率：①式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz。②只要改变LC电路中电感线圈的自感或者电容器的电容，就能改变振荡电路的周期和频率。典例解析：某时刻LC回路的状态如图所示,则此时刻()CLB.振荡电流i正在增大C.电场能正在向磁场能转化D.