14.2电磁振荡
【教学目标】
(一)知识与技能
1.知道振荡电流、振荡电路、LC回路的概念。
2.LC回路中振荡电流的产生过程。
3.知道在电磁振荡过程中,LC回路中的能量转化情况。
4.知道电磁振荡的周期和频率。
(二)过程与方法
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。
(三)情感、态度与价值观
1.体会物理知识在生活中的重要作用,培养勇于探索的精神。
2.培养学生实验探求知识的意识,增强求知欲望。
【教学重点】电磁振荡过程中电场能与磁场能的相互转化规律。
【教学难点】LC回路振荡过程中电场强度和磁感应强度的相互转化规律。
【教学方法】演示分析法,类比推理法
【教学用具】电感线圈一个(L500H,R500Ω),200μF金属化纸介电容一个,示波器、学生电源各一台,单刀双掷开关一个,LC回路振荡过程模拟课件一份,导线若干
【教学过程】
(一)引入新课
师:上节课我们已经了解了电磁波的发现历程,初步认识了电磁波。在信息技术高速发展的今天,电磁波对我们来说越来越重要。从移动电话到广播电视,从互联网到航空导航,从卫星遥感到宇宙探测,它们的工作和运行都要利用电磁波。可是,电磁波是怎样产生的?它有哪些性质?它是怎样传送信息的?要解决这些问题,我们首先来学习有关电磁振荡的知识。
(二)进行新课
1.电磁振荡的产生
实验演示:(1)出示电路图投影片,照电路图连接电路。
(2)引导学生分析:将S扳到a点,电容器是充电还是放电?上极板带何种电荷?
[学生得出结论]电容器充电,上极板带正电。
(3)提示学生注意观察示波器图象,然后将开关S扳到b点。
[提问学生]你观察到什么信号?
[学生回答]振幅逐渐减小的正弦交流信号。
分析上述电路的主要组成部分,并指出示波器和电源分别用来显示信号波形和充电,板书LC回路定义。
1、LC回路:由自感线圈和电容器组成的电路叫做LC回路。
[演示]多媒体课件演示,从电容器放电瞬间开始,LC回路在振荡过程中,电容器的带电量和极板间场强,自感线圈中的电流和磁感应强度的变化规律,将结果填入表格,板书小标题和表格。
2、LC回路的工作特点(图表和图象)
(1)
工作过程qEiB
放电瞬间qmEm00
放电过程qm→0Em→00→im0→Bm
充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0
放电过程qm→0Em→00→im0→Bm
充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0
其中qm,Em,im,Bm分别表示电量、场强、电流和磁感应强度的最大值。
先将示波器观察到的电流信号绘制成图象,然后根据上表请学生绘制i-t,q-t等图象,板书图象。
(2)放电充电放电充电
分析上述电流的变化特点,板书振荡电流概念。
3、振荡电流、大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫振荡电流,实际振荡电流的频率很高,是高频正弦交流。
继续分析振荡电流的来源,板书振荡电路概念。
4、振荡电路,能够产生振荡电流的电路叫振荡电路,LC回路是一种简单的振荡电路。
分析上图中各量随时间的变化关系,板书电磁振荡的概念。
5、电磁振荡,振荡电路中的电荷、电流、电场和磁感应强度都发生同期性变化的现象叫电磁振荡,在电磁振荡过程中,电场能和磁场能同时发生周期性变化。
[请学生回答]本节开始观察到的振荡电流的振幅怎样变化?
[学生回答]不断减小。
师:由于电路中存在电阻,电阻消耗电能,转化为内能。另外,电路中的一部分能量还要以电磁波的形式辐射到周围空间中去,所以,振荡电路中能量不断减少,振荡电流的振幅不断减小,最后会停止振荡。
师:怎样才能保持振荡电流的振幅不变呢?
生:可以不断地把能量补充到振荡电路中。
师:在实际电路中,可以用晶体管等电子器件为LC电路补充能量。
2.电磁振荡的周期和频率
师:电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫周期,用T表示。一秒钟完成周期性变化的次数叫频率,用f表示。
(给出上述定义之后,利用设问进行引导。)
[设问]电磁振荡的周期和频率跟哪些因素有关呢?下面就通过实验来研究这个问题。
[出示电路图投影片]
根据电路图连接电路,将L、C调到某一值,然后通过开关S先给电容器充电,再观察振荡周期。
分别改变L、C的值,先后重复上面操作,观察振荡周期是否变化。
通过上面的实验发现,电磁振荡的周期跟电路中的工作元件有关,即与电路的特点有关。
师:理论分析表明,LC回路的周期与自感系数L、电容C的关系是
T=2π
频率:
f=
请学生填出公式中各量对应的单位。
T(s)f(Hz)L(H)C(F)
(三)课堂总结、点评
本节学习了电磁振荡的产生过程,知道了什么是LC回路。在LC回路中,振荡电流、极板上的电量、电场能和磁场能都随时间按正弦规律作周期性变化。
我们还知道了LC回路的振荡周期和频率T=2π,f=。
(四)课余作业
预习下一节:电磁波的发射和接收。
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高中物理选修3-4知识点总结:电磁振荡电磁波的发射和接收
1、LC回路振荡电流的产生
先给电容器充电,把能以电场能的形式储存在电容器中。
(1)闭合电路,电容器C通过电感线圈L开始放电。由于线圈中产生的自感电动势的阻碍作用。放电开始瞬时电路中电流为零,磁场能为零,极板上电荷量最大。随后,电路中电流加大,磁场能加大,电场能减少,直到电容器C两端电压为零。放电结束,电流达到最大、磁场能最多。
(2)由于电感线圈L中自感电动势的阻碍作用电流不会立即消失,保持原来电流方向,对电容器反方向充电,磁场能减少,电场能增多。充电流由大到小,充电结束时,电流为零。
接着电容器又开始放电,重复(1)、(2)过程,但电流方向与(1)时的电流方向相反。
电磁波的发射和接收
有效的向外发射电磁波的条件:
(1)要有足够高的振荡频率,因为频率越高,发射电磁波的本领越大。
(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间,才有可能有效的将电磁场的能量传播出去。
采用什么手段可以有效的向外界发射电磁波?
改造振荡电路——由闭合电路成开放电路
2、电磁波的接收条件
电谐振:当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,这种现象叫做电谐振。
调谐:使接收电路产生电谐振的过程。通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率。
检波:从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号。.电磁波谱及其应用
3、光的电磁说
(1)麦克斯韦计算出电磁波传播速度与光速相同,说明光具有电磁本质
(2)电磁波谱
电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线射线
产生机理在振荡电路中,自由电子作周期性运动产生
原子的外层电子受到激发产生的
原子的内层电子受到激发后产生的原子核受到激发后产生的
(3)光谱观察光谱的仪器,分光镜光谱的分类,产生和特征
发射光谱连续光谱产生特征
由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的,一切波长的光组成
明线光谱由稀薄气体发光产生的由不连续的一些亮线组成
吸收光谱高温物体发出的白光,通过物质后某些波长的光被吸收而产生的在连续光谱的背景上,由一些不连续的暗线组成的光谱
光谱分析:
一种元素,在高温下发出一些特点波长的光,在低温下,也吸收这些波长的光,所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线,用来进行光谱分析。
4、电磁波的应用:
1、电视
简单地说:电视信号是电视台先把影像信号转变为可以发射的电信号,发射出去后被接收的电信号通过还原,被还原为光的图象重现荧光屏。电子束把一幅图象按照各点的明暗情况,逐点变为强弱不同的信号电流,通过天线把带有图象信号的电磁波发射出去。
2、雷达工作原理
利用发射与接收之间的时间差,计算出物体的距离。
3、手机
在待机状态下,手机不断的发射电磁波,与周围环境交换信息。
手机在建立连接的过程中发射的电磁波特别强。
电磁波与机械波的比较:
共同点:都能产生干涉和衍射现象;它们波动的频率都取决于波源的频率;在不同介质中传播,频率都不变.
不同点:机械波的传播一定需要介质,其波速与介质的性质有关,与波的频率无关.而电磁波本身就是一种物质,它可以在真空中传播,也可以在介质中传播.电磁波在真空中传播的速度均为3.0×108m/s,在介质中传播时,波速和波长不仅与介质性质有关,还与频率有关.
不同电磁波产生的机理
无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生的.
红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的.
伦琴射线是原子内层电子受激发产生的.
γ射线是原子核受激发产生的.
频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同.
红外线主要作用是热作用,可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感;
紫外线主要作用是化学作用,可用来杀菌和消毒;
伦琴射线有较强的穿透本领,利用其穿透本领与物质的密度有关,进行对人体的透视和检查部件的缺陷;
γ射线的穿透本领更大,在工业和医学等领域有广泛的应用,如探伤,测厚或用γ刀进行手术.
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高考物理知识点汇总:电磁场和电磁波
xx高中频道为各位同学整理了高三物理知识点之电磁场和电磁波,供大家参考学习。更多内容请关注xx高中频道。
1.麦克斯韦的电磁场理论
(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。
(2)随时间均匀变化的磁场产生稳定电场。随时间不均匀变化的磁场产生变化的电场。随时间均匀变化的电场产生稳定磁场,随时间不均匀变化的电场产生变化的磁场。
(3)变化的电场和变化的磁场总是相互关系着,形成一个不可分割的统一体,这就是电磁场。
2.电磁波
(1)周期性变化的电场和磁场总是互相转化,互相激励,交替产生,由发生区域向周围空间传播,形成电磁波。
(2)电磁波是横波(3)电磁波可以在真空中传播,电磁波从一种介质进入另一介质,频率不变、波速和波长均发生变化,电磁波传播速度v等于波长λ和频率f的乘积,即v=λf,任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速c=3。00×108m/s。
以上就是小编为大家整理的高三物理知识点之电磁场和电磁波。
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