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1、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(小)、電容C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
2、(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.
●
3、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]
4、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
5、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
6、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
7、)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
8、
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