2021-2022學(xué)年魯科版選擇性必修第二冊(cè)4-1電磁波的產(chǎn)生教案

4.1電磁波的產(chǎn)生教案教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)物理觀念∶1、理解電磁理論的內(nèi)容，體會(huì)物理觀念產(chǎn)生的過程。2、理解電磁振蕩的概念，體會(huì)物理觀念產(chǎn)生的過程?？茖W(xué)思維∶通過振蕩電路的分析，體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用?？茖W(xué)探究：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探求知識(shí)的意識(shí)，增強(qiáng)求知欲望?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶通過結(jié)合生活中各種相應(yīng)現(xiàn)象及常識(shí)，理解電磁波在人們生活中的地位。通過結(jié)合生活中各種相應(yīng)現(xiàn)象及常識(shí)，理解電磁振蕩在人們生活中的地位。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本內(nèi)容。振蕩電路中能量的轉(zhuǎn)化和守恒。教學(xué)難點(diǎn)：振蕩電路的變化過程中電流、電量、能量的變化規(guī)律。教學(xué)方法演示法、講授法教學(xué)過程（一）新課引入圖片展示：我們能在電視上欣賞到月球車“玉兔號(hào)”拍攝的月球表面的高清晰圖片，能用智能手機(jī)查閱信息、通話、導(dǎo)航……這一切都要?dú)w功于電磁波。除了傳遞信息，微波爐烹飪美味佳肴、醫(yī)用CT機(jī)檢查體……都離不開電磁波。那么，電磁波是怎樣產(chǎn)生的呢？（二）新課教學(xué)1、麥克斯韋的預(yù)言1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線會(huì)使磁針偏轉(zhuǎn)，揭示了電流的磁效應(yīng)。1831年，英國(guó)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，表明磁也會(huì)“生電”。19世紀(jì)60年代，在總結(jié)法拉第等人電磁現(xiàn)象研究成果的基礎(chǔ)上，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋建立了完整的電磁場(chǎng)理論，精辟地揭示了電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的聯(lián)系，預(yù)言了電磁波的存在，并提出了重要假設(shè)。（1）變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)①在變化的磁場(chǎng)周圍會(huì)激發(fā)出一種電場(chǎng)——渦旋電場(chǎng)。②如果磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化，則激發(fā)的渦旋電場(chǎng)是穩(wěn)定的，即渦旋電場(chǎng)不隨時(shí)間變化.③如果磁場(chǎng)隨時(shí)間不均勻變化，則激發(fā)的渦旋電場(chǎng)隨時(shí)間變化。（2）變化的電場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)①即使沒有電流存在，只要空間某處的電場(chǎng)發(fā)生變化，也會(huì)在其周圍產(chǎn)生渦旋磁場(chǎng)。電容器在充電過程中，隨著電荷的增加，電容器兩極板間的電場(chǎng)發(fā)生變化，就會(huì)在周圍產(chǎn)生渦旋磁場(chǎng)。②如果電場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化，則激發(fā)的磁場(chǎng)是穩(wěn)定的.③如果電場(chǎng)隨時(shí)間不均勻變化，則激發(fā)的磁場(chǎng)隨時(shí)間變化。（3）電磁波根據(jù)麥克斯韋的理論可得出：交變的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生頻率相同的交變的磁場(chǎng)，交變的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生頻率相同的交變的電場(chǎng)。交變的電場(chǎng)和交變的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起，就會(huì)在空間形成一個(gè)統(tǒng)一的、不可分割的電磁場(chǎng)。這種在空間交替變化并傳播出去的電磁場(chǎng)就形成了電磁波。麥克斯韋將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的所有規(guī)律綜合起來，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系。這個(gè)電磁場(chǎng)理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。從麥克斯韋方程組可預(yù)見電磁波的存在，確定電磁波的傳播速度為光速，且光也是某種頻率的電磁波。2、赫茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過時(shí)，導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)小球間也跳過了火花。實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)與感應(yīng)圈相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)，周圍空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場(chǎng)。這種變化的電磁場(chǎng)以電磁波的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花，說明這個(gè)導(dǎo)線環(huán)接收到了電磁波。典例解析(多選)關(guān)于電磁場(chǎng)理論的敘述正確的是()A.變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無關(guān)B.周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率變化的電場(chǎng)C.變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的場(chǎng)，即電磁場(chǎng)D.電場(chǎng)周圍一定存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周圍一定存在電場(chǎng)3、電磁振蕩實(shí)驗(yàn)與探究：電磁振蕩按圖4-4所示電路圖連接電路，將開關(guān)撥到1，給電容器充電。然后把開關(guān)撥到2，注意觀察靈敏電流計(jì)指針如何偏轉(zhuǎn)。你能從中得到什么結(jié)論？現(xiàn)象：靈敏電流計(jì)的指針左右擺動(dòng)，擺幅逐漸減小，最后指針停在零點(diǎn)位置。結(jié)論①電流計(jì)指針的來回?cái)[動(dòng)，表明電路中產(chǎn)生了大小和方向都周期性變化的電流。②擺幅逐漸減小，說明電路中存在能量損失。概念：①振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫振蕩電流。②振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。③LC振蕩電路：由電感線圈L和電容C組成的電路，就是最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱為L(zhǎng)C振蕩電路。（2）振蕩電路的工作原理a.在LC振蕩電路中，已充電的電容器未放電時(shí)，電路中沒有電流，電容器內(nèi)電場(chǎng)最強(qiáng)。此時(shí)，電路的全部能量是電容器里存儲(chǔ)的電場(chǎng)能。b.閉合開關(guān)，電容器放電，其電荷量減少，由于線圈自感的阻礙作用，電流逐漸增大，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與能量也逐漸增大。放電完畢時(shí)，電流最大，電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。c.由于線圈的自感作用，線圈中的電流繼續(xù)保持原來的方向并且逐漸減小，同時(shí)給電容器反向充電，電容器的電荷量逐漸增多，電場(chǎng)的強(qiáng)度與電場(chǎng)能逐漸增大，電流與磁場(chǎng)逐漸減弱。電流減為零時(shí)，磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。d.此后，電容器又開始反向放電，兩極板上電荷不斷減少，電路中的電流逐漸增大，但電流方向與（b）所示的電流方向相反。在此過程中，電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，放電完畢的瞬間，電場(chǎng)能又全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。e.由于線圈的自感作用，電流繼續(xù)流動(dòng)，電容器又被充電，磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。(3)電流、電量的變化圖像一個(gè)周期內(nèi)，電容器經(jīng)歷兩次充電和兩次方面，并且電容器上的電壓，電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)能跟電量一樣，圖像同步變化，而線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)能的跟電流一樣圖像同步變化。而兩組之間對(duì)比下圖像，變化正好相反。在整個(gè)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(chǎng)強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，都在周期性地變化著。這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。如果沒有能量損失，振蕩可以永遠(yuǎn)持續(xù)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(huì)有一部分能量會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。另外，還會(huì)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(huì)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。實(shí)際電路中：由電源通過電子器件為L(zhǎng)C電路補(bǔ)充能量。（4）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(shí)間。頻率：一段時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)與這段時(shí)間之比稱為電磁振蕩的頻率。如果沒有能量損失，也沒有外界影響，電磁振蕩的周期和頻率稱為振蕩電路的固有周期和固有頻率，簡(jiǎn)稱振蕩電路的周期和頻率。大量的實(shí)驗(yàn)表明：振蕩電路的周期是由振蕩電路中電感線圈的自感和電容器的電容決定的。電感線圈的自感越大，電容器的電容越大，振蕩電路的周期就越長(zhǎng)。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只要改變LC電路中電感線圈的自感或者電容器的電容，就能改變振蕩電路的周期和頻率。典例解析：某時(shí)刻LC回路的狀態(tài)如圖所示,則此時(shí)刻()CLB.振蕩電流i正在增大C.電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化D.