8.2电磁波的产生与发射 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理沪科版选择性必修第二册

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高三 学期 秋季 课题 电磁波的产生与发射 教学目标 1.通过实验，认识振荡电路，观察振荡电路中回路电流I和电容器极板间电压U的变化规律。 2.在实验基础上运用科学推理，分析电容器极板上的电量q、回路电流I等物理量的变化规律，理解LC振荡电路的周期性。 3.从能量视角分析实验中振荡电流幅度减小的原因；能描述在理想化情况下，电磁振荡中电场能和磁场能的相互转化过程，深化能量观念。 4.知道电磁波的发射条件，能将物理学与生活实际联系起来。 教学重难点 教学重点： 1. LC振荡电路中电磁振荡的产生。 2. LC振荡电路中电容器极板上的电量q、回路电流I等物理量的变化规律。 3. LC振荡电路中电场能和磁场能周期性相互转化的规律。 教学难点： 1. 分析振荡电路中电场能和磁场能的相互转化过程。 教学过程 新课引入： 从东方明珠广播电视塔发射电视和广播信号的情境中，提出问题“电磁波是如何产生的”。 【演示实验1】观察时断时续的电流所产生的电磁波 观察现象：导线在钢锯条锯齿间滑动，收音机能收到某种信号，发出特殊的声音；导线在钢锯条侧面滑动，收音机里除了噪声，没有其他声音。 提出问题：导线在锯齿间滑动时收音机里的信号是从哪里来的？ 【学生活动】观察现象并尝试解释现象。 探究新课： 一、电磁波的产生机理 联系麦克斯韦电磁场理论解释演示实验1。 介绍不同电磁波的产生机理。 以无线电波为例，深入讨论电磁波的产生和发射。 提出问题：什么是振荡电路？ 二、振荡电路和振荡电流 1.振荡电流的产生实物图 实验电路图 I-t图像 【演示实验2】用电流传感器观察振荡电流 【学生活动】观察实验图像，建立概念。 电容器充电后对电感器放电，观察电流传感器采集数据绘制的图线，对图线进行分析。 建立概念：电流的大小和方向都随时间做周期性的变化，这样的电流称为振荡电流。 能产生振荡电流的电路叫做振荡电路。 由电感器L和电容器C组成的电路叫做LC回路，它是一种基本的振荡电路。 2.电流幅度不变的振荡 【学生活动】分析实验中电流振幅不断减小的原因。 【建立模型】假如没有能量损耗，电流的振幅将保持不变。0 【演示实验3】等幅振荡 实际的电路中通过电源适时地为振荡电路补充能量，就可以得到等幅振荡。 实验装置 实验图像 三、电磁振荡的周期性过程 1. 各基本物理量的周期性变化 【学生活动】以等幅振荡为例，分析电容器极板上电量q、回路电流I等物理量的变化规律，理解该过程的周期性特点。0 0 理解q-t和I-t图像，理论分析结果与实验得到的U-t和I-t图像相符，得到证据的支持。 2. 能量的周期性转化 提出问题：振荡电路中有哪些形式的能量？振荡电路中的能量变化具有周期性吗？ 【学生活动】以等幅振荡为例，分析电场能与磁场能的相互转化，归纳得出能量周期性转化的特点。 提出问题：之前学过的运动中是否也存在这类似的能量转化的周期性？ 【学生活动】将这一过程中的能量转化与单摆的能量转化进行对比，理解振荡电路工作过程中能量转化的特点，同时进一步感受能量转化和守恒定律的普遍性。 【总结归纳】在振荡电路中产生振荡电流的同时，电场能和磁场能发生相互转化，这种现象叫做电磁振荡。能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。 3. 电磁振荡的周期和频率 如果没有能量损失，也没有外界影响，这时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。 四、电磁波的发射 提出问题：有了电磁振荡就能发射电磁波了吗？ 理论上确实可以，但实际效率很低。因为在闭合的LC回路中， 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，电场能和磁场能主要在电路内部相互转化，向外辐射的能量较少。因此在实际应用中，需要思考将电场和磁场的能量更有效地发射出去。 提出问题：如何将电场和磁场的能量更有效地发射出去？ 1. 形成开放电路 【学生活动】提出猜想：将电容器两极板分开一些是否会有利于能量发射？ 【动画模拟】将LC回路拉开，形成开放电路，观察到原来集中在两极板之间的电场线分布到电路周围的空间中。 实际应用的开放电路由线圈和天线、地线组成。线圈上部接在很高的天线上，下部通过电线接地。 2. 提高振荡频率 电磁波的辐射依赖于变化的磁场和电场，磁场和电场变化得越快，所激发的电磁场越强。因此，有效发射电磁波还需要产生很高频率的电磁振荡。 理论研究表明，单位时间内发射出去的电磁波的能量与振荡频率的四次方成正比。要发送较强的电磁波，必须提高振荡频率，这样才能有效地将能量辐射出去。 在实际应用中，电磁波的发射装置由振荡器和开放电路两部分组成。 课堂小结： 梳理本节课内容，对电磁波的产生与发射形成结构化认识，激发学生进一步思考电磁波的传播和接收，促进物理观念深化，用物理学的视角解决实际问题，指导生活实践。 学科网（北京）股份有限公司 $