2. 电磁波的产生与发射（表格式教学设计）物理沪科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“电磁波的产生与发射”，核心涵盖电磁振荡概念、LC电路规律及电磁波有效发射条件。通过水波类比引出持续变化电流，衔接实验演示LC振荡电路，搭建新旧知识学习支架。 以核心素养为导向，通过实验演示分析振荡电流变化培养科学思维，实物展示电视广播发射接收过程落实科学探究，结合生活应用渗透科学态度与责任。助力学生深化电磁运动与能量观念，提升教师教学效率。

第2节 电磁波的产生与发射 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第2节 电磁波的产生与发射 教学 目标 物理观念 理解电磁振荡的概念，体会其中的电荷量、电流及能量的变化，能看懂无线电波发射和接收示意图。 科学思维 通过对振荡电路的分析,找到振荡电流变化过程中电场能与磁场能相互转化的规律，学会分析无线电波发射、接收的工作原理，养成科学思维的习惯。 科学探究 通过实物展示电视广播的发射和接收过程,锻炼学生对实际问题的研讨能力，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 理解电磁振荡在人们生活中的作用，认识到物理学是基于人类有意识的探索而形成的对自然现象的描述与解释，体会科技的发展对社会的推动作用。 教学 重难点 1.知道什么是振荡电流和振荡电路，知道有效发射电磁波的两个条件(重点)。 2.了解无线电波的特点及传播规律(重点)。 3.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程、电磁振荡过程中的能量转化情况及LC振荡电路的周期和频率公式，并会进行相关的计算(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？ 学生：要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的电路来实现。 教师：也就是可以通过电磁振荡来实现。什么是电磁振荡？让我们通过一个实验来认识。 学生思考并回答问题。 新课讲授 一、电磁振荡 教师：实验演示（或播放实验演示视频）。电路图如图所示： 师生：共同归纳总结电磁振荡有关知识 1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。振荡电流实际上是指频率很高的交变电流。 2.振荡电路：产生振荡电流的电路。 3.LC振荡电路：由电感线圈L和电容C组成的最简单的振荡电路。 4.电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流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。这种现象就是电磁振荡。 教师：分析电磁振荡规律。 学生：完成表格。 教师：展示振荡规律图。 教师：电磁振荡和简谐运动一样都具有周期性，电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期,电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。那发生电磁振荡的电路的周期和频率会与哪些物理量有关呢? 电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些?线圈的自感系数较大时,电容器充电、放电的时间会长些还是短些?根据讨论结果,定性分析LC电路的周期(频率)与电容C、电感L的关系。 学生：电容越大,电容器能容纳的电荷就越多,充电、放电所需的时间就越长,因此周期越大,频率越小;线圈的自感系数越大，线圈阻碍电流变化的作用就越大,使电流的变化越缓慢,因此周期越大,频率越小。 教师：大量实验表明:LC电路的周期和频率公式：T=2π，f=。 示例1 在LC振荡电路中，某时刻线圈中电流产生的磁场方向和电容器极板的带电情况如图所示，则图示状态(　　) A.电容器刚好充电完毕 B.电容器的带电荷量在减小 C.线圈中的电流正在减小 D.磁场能正在向电场能转化 答案　B 解析　根据安培定则知，电流方向如图所示，则可知，此时电容器放电，电容器的带电荷量在减小，A错误，B正确；电容器放电，线圈中的电流正在增大，C错误；电容器放电，电场能正在向磁场能转化，D错误。 学生观察振荡电路电流变化情况。 学生根据教师分析，完成表格填写。 新课讲授 二、电磁波的发射 教师：在如图所示的普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？ 学生：在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电磁振荡过程中，周围空间的电磁场很弱，辐射出 去的能量很少，不能有效地发射电磁波。 教师：理论上，只要电路中有振荡电流，就能向外辐射电磁波。但是直接利用LC回路向外辐射电磁波的效率是很低的，这是因为在闭合的LC回路中，电场、磁场几乎全集中在电容器和电感器中，向外辐射的能量很少，这不利于电磁波的发射。要想有效地将电磁波发射出去，需要具备以下条件： (1)开放电路。可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图。 (2)提高的振荡频率。频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。实际应用的电磁波发射装置如图。 说明：实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。 示例2 (多选)如图所示为无线电波实际发射过程的示意图，如图甲、乙、丙所示为发射过程产生的电流图像，关于这三种图像，下列说法中正确的是(　　) A.图甲为高频振荡器产生的高频等幅振荡电流 B.图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号 C.图丙表示高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 D.图丙表示高频电磁波的频率随信号的强弱而变 答案　ABC 解析　由高频振荡器产生的高频振荡电流如题图甲所示，选项A正确；题图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号，选项B正确；题图丙的调制方法是调幅，可以使载波的振幅随信号的强弱而变，选项C正确，D错误。 学生思考并回答问题。 学生思考并完成例题解答。 课 堂 练 习 1.LC振荡电路是一种简单且常见电路，在测量、自动控制、无线电通信及遥控等许多领域有着广泛的应用。如图甲所示，规定回路中顺时针方向的电流为正，电流i随时间t变化的规律如图乙所示。某时刻t电容器中向下的电场最强。则下列说法正确的是(　　) A.t时刻可能是t1时刻 B.t2时刻，电容器极板不带电 C.在t1~t2时间内，电容器正在放电 D.在t2~t3时间内，振荡电路中电场能正在向磁场能转化 答案　D 解析　某时刻t电容器中向下的电场最强，可知电容器上极板带正电，且带电荷量最大，回路的电流为零，则t时刻不可能是t1时刻，选项A错误；t2时刻电流为零，电容器极板带电荷量最大，选项B错误；在t1~t2时间内，电流从最大减小到零，可知电容器正在充电，选项C错误；在t2~t3时间内，电流从零增加到最大，可知电容器放电，振荡电路中电场能正在向磁场能转化，选项D正确。 2.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是(　　) A.增大电容器两极板的间距 B.升高电容器的充电电压 C.增加线圈的匝数 D.在线圈中插入铁芯 答案　A 解析　LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f=，要想增大频率，应该减小电容C或减小线圈的电感L，再根据C=，增大电容器两极板的间距，电容减小，A正确；升高电容器的充电电压，电容不变，B错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系数均增大，故C、D错误。 3.某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L=2.5×10-3 H，电容器电容C=4 μF，在电容器开始放电时(取t=0)，上极板带正电，下极板带负电，则(　　) A.LC振荡电路的周期T=π×10-4 s B.当t=π×10-4 s时，电容器上极板带正电 C.当t=×10-4 s时，电路中电流方向为顺时针 D.当t=×10-4 s时，电场能正转化为磁场能 答案　C 解析　LC振荡电路的周期T=2π=2π× s=2π×10-4 s，选项A错误；当t=π×10-4 s=时，电容器反向充满电，所以电容器上极板带负电，选项B错误；当t=×10-4 s时，即0<t<，电容器正在放电，电路中电流方向为顺时针方向，故C正确；当t=×10-4 s时，即<t<，电容器处于反向充电过程，磁场能正在转化为电场能，D错误。 4.(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路，还可以(　　) A.增大电容器极板间的距离 B.减小电容器极板的正对面积 C.减少线圈的匝数 D.采用低频振荡电流 答案　ABC 解析　使用开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法；由f=、C=可知，选项A、B、C正确，D错误。 课 堂 小 结 板 书 设 计 第2节 电磁波的产生与发射 一、电磁振荡 1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。振荡电流实际上是指频率很高的交变电流。 2.振荡电路：产生振荡电流的电路。 3.LC振荡电路：由电感线圈L和电容C组成的最简单的振荡电路。 4.电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流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。这种现象就是电磁振荡。 5.振荡规律： 6.LC电路的周期和频率公式：T=2π，f=。 二、电磁波的发射 有效发射电磁波的两个条件：1. 开放电路 2. 提高振荡频率。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“问题与思考”。 2.配套分层作业。 教学反思 教学中首先从演示实验着手，使学生获得一些感性认识后再学习LC振荡电路和振荡电流,并从电磁感应和电容器的相关知识入手，对各个阶段的电流、电荷量、电场强度和磁感应强度的变化规律进行定性分析。然后讲LC振荡电路的周期和频率,着重强调了周期、频率与自感系数、电容的关系。电磁波的发射只要求简单介绍原理，使学生有大致了解即可，不宜分析太细。对无线电技术感兴趣的同学，可以引导他们阅读有关书籍、查阅相关资料、组织课外讲座或小组实验，从而发展他们的兴趣与特长。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $