电磁振荡器

电磁振荡器（共3篇）

电磁振荡器 篇1

《电磁振荡》是高中物理学中的一个重点和难点。对它的研究为今后学习电磁波、电磁波的发射和接收奠定了知识基础。我是分四个部分来进行说课设计的。

一、说教学目的

(1) 使学生知道震荡电流的产生过程及震荡电流的周期、频率与电路中电感、电容的联系。

(2) 引导学生在观察实验的基础上, 运用所学知识进行分析、判断, 得出结论, 从而提高学生分析问题和解决问题的能力。

(3) 结合教材对学生进行爱国主义教育和辩证唯物主义教育。

二、说教学方法

(1) 演示法:通过LC演示实验, 把学生的思维引入新课轨道。在分析过程中, 运用多媒体课件模拟演示, 使电磁振荡这一抽象过程形象化。

(2) 讲授和讨论相结合:通过这一教学手段, 启发引导学生积极思维, 在掌握知识的同时, 提高分析问题和解决问题的能力。

三、说教学过程

1. 导入新课 (5分钟)

列举一些学生所熟悉的事例。如电视、广播及现代通讯事业, 使学生了解各种现代化通信技术都是利用电磁波传递信息的。再从学生熟悉的机械振动产生机械波, 引出电磁振荡产生电磁波, 接着简介LC实验装置, 让学生通过对实验的观察, 启发他们思考:电路中产生了什么样的电流及为什么会产生这种电流, 使学生的思维进入新课轨道。

2. 新课教学 (30~35分钟)

(1) 分析电磁振荡过程, 引导学生得出振荡电流的概念。振荡电流的产生过程是本节的重点, 在教学中, 首先利用多媒体软件将电磁振荡过程进行动态模拟, 帮助学生更直观地观察认识这一过程。然后, 结合电容器的充放电及线圈的自感作用, 从电容器两端接根导线和电容器两端接一线圈的区别入手, 抓住电磁振荡中各物理量 (如电量、电场能、电流、磁场能) 的变化。启发引导学生通过讨论得出这一变化过程中个物理量的变化规律, 同时做出振荡电流的图形, 帮助学生理解并得出震荡电流的概念。

与电流相联系的电容器周围的电场能和线圈周围的磁场能之间的相互转化也是本节的难点, 为了突破这一难点, 我用了类比法。用单摆的振动作类比, 把电场能、磁场能之间的相互转化和单摆振动中的势能和动能之间的相互转化类比, 引导学生得出电磁振荡的概念, 同时着重强调它们之间的转化条件, 然后结合辩证唯物的观点加深学生对电磁振荡的理解。

(2) 讲述阻尼振荡和无阻尼振荡时, 首先用振荡电路演示阻尼和无阻尼振荡中电流计指针的偏转, 然后从振荡电路中能量是否有损失来说明它们的区别, 并提出“振荡器”的概念, 为今后学习电磁波的发射作准备。

(3) 对与振荡电路的固有周期和固有频率, 必须帮助学生理解公式, 通过一个例题让学生明确LC振荡电路的固有周期 (或固有频率) 是有线圈的电感和电容器的电容的大小决定的。

3. 巩固练习 (5分钟)

先留2分钟让学生回顾一下本节课的知识内容, 同时利用多媒体再一次进行模拟演示, 接着提问:为什么充好电的电容器开始放电时, 电路里的电流不能立刻达到最大?电场能为什么不能全部转化为磁场能?

4. 布置作业

四、说为什么这样上

从教学内容看, 电磁振荡是高二物理第四章的首节内容, 也是本章的基础知识。我认为本节内容有两个特点:第一, 教材没有使用简练概括的数学语言, 而是用定性的文字语言叙述和分析比较复杂的物理过程。第二, 电磁振荡过程比较抽象, 教材同时采用了实验分析、类比等多种方法, 对于这一难点予以突破。

从教学主体——学生来看, 该阶段的学生对问题的分析能力和解决能力较差, 尤其在思维上有明显的单一性和定式性, 他们习惯于形象的思维和定量的分析, 对于一些较复杂的问题仍然习惯的采用静止、割裂的观点去分析, 而不会用事物之间是相互联系及具体问题具体分析的辩证观点去认识, 从而导致错误结论。对于电磁振荡这个牵涉多个物理量之间的相互转化、相互制约的过程分析, 学生容易将电容器的放电与直流电源的放电相混淆, 得出电容器放电完毕时“电压为零, 电流减小为零”的错误结论, 把电感对电流的阻碍作用于纯电阻对电流的阻碍作用相混淆, 忽略电感的自感作用, 不能正确认识在没有外接电源的情况下, 电路中的电流减小时, 自感电动势将反向充电。

通过以上的分析, 在教学中, 首先根据本章节内容与现代生活密切相关, 列举一些事例, 引起学生的兴趣, 调动学生学习的积极性。在对难点的化解过程中, 密切联系已有知识, 从学生所熟悉的也较容易理解的单摆振动中势能和动能之间的转化, 引导学生得出电磁振荡的概念, 再用辩证唯物主义观点使思想充分认识到电磁振荡过程, 实际上电场能和磁场能的相互转化过程, 它们之间的关系是辩证统一的, 二者之间是相互依存、相互制约、相互转化的。它们同时存在于电磁振动过程中。电容器开始放电时, 电场能不能立刻全部转化为电磁能, 这正是矛盾互相制约的具体表现。电场能和磁场能间的转化条件是线圈的自感作用和电容器的充放电作用, 这正是矛盾的双方在一定条件下相互转化的具体表现。通过将辩证法渗透于物理现象之中, 可以加深学生对概念的理解, 克服思维的单一性、定式性, 培养学生辩证思维能力。为了更形象地说明它们之间的转化和制约过程, 运用计算机进行模拟演示, 使学生进一步明确, 电磁振荡过程中所指的“电”主要是指电容器极板上的电荷及其产生的电场, “磁”主要是指电感线圈中的电流及其产生的磁场。电磁振荡是指电荷、电场、电流和磁场都随时间作周期性变化的现象。通过对电磁振荡的分析和讨论过程, 充分发挥教师的主导地位作用和学生的主体作用, 逐步引导学生将知识化难为易, 把突破难点的过程转化成培养学生分析能力的过程, 同时结合课本, 介绍改革开放以来我国通信事业取得的成就, 渗透爱国主义教育, 激励学生奋发学习, 树立献身教育, 科教兴国的远大抱负。

参考文献

[1]人民教育出版社物理室.中等师范学校“物理学第二册试用本教学参考书”[M].北京:人民教育出版社, 1994.

电磁振荡器 篇2

一、教学目标

1．理解LC振荡电路的固有周期（频率）的决定因素 2．会用公式T2LC或f的计算

二、重点、难点分析

1．重点：LC振荡电路的周期公式，频率公式是教材中的重点内容。通过实验现象观察，定性地得出电感L大（小）、电容C大（小）、周期长（短）的结论。

2．难点：为什么电容越大，电感越大，周期就越大？通过对电容充放电作用，线圈的自感作用对公式T2LC进行定性分析，以利于加深对公式的理解。

三、教具

1．LC振荡回路示教板，准备两个以上电感不同的线圈（可拆变压器的220V线圈），电容器

2．大屏幕示波器（观察振荡电流周期变化情况）等

四、教学方法：实验演示

五、学生活动设计

1．通过观察演示实验，总结出振荡电流周期与电感L、电容C值大小定性关系。2．通过对小收音机的观察，分析收音机谐振电路的周期是如何调节的。3．通过练习训练，巩固周期频率公式。

六、教学过程

（一）引入新课

通过上节课的学习，我们知道电磁振荡具有周期性，振荡电流的周期是由什么因素决定的呢？电感L、电容C的大小对振荡的快慢有怎样的影响？其它因素（q、i、U大小）与周期有没有关系？下面来研究这个问题。

（二）进行新课

1．电磁振荡的周期和频率

（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间。（2）频率：一秒钟内完成周期性变化的次数

（3）固有周期和固有频率：振荡电路里没有能量损失、发生无阻尼振荡时的周期和频率。

用心

爱心

专心

12LC定性分析有关问题，并能正确应用公式进行相关

设问：电磁振荡的周期和频率与什么因素有关系？与LC回路中的电感L、电容C有何关系（定性）？

演示实验

简介图1所示电路，多抽头带铁芯的线圈，L值较大（可用220V或二个110V可拆变压器线圈串联而成）2-3个电解电容器（100μF、500μF、1000μF）演示电流表（指针在表盘中央），二个电源（6V，45V）等

操作和观察 观察什么？（电流表指针摆动的快慢）选用不同的L或C值，发生电磁振荡时，电流表指针摆动的快慢程度（周期和频率）与L、C值的初步关系是什么？

启发同学根据实验现象，推理、分析得到①电容C不变时，电感L越大，振荡周期T就越长，频率越低。②当电感L不变时，电容C越大，振荡周期就越长，频率越低。

换用不同电压的电源，当L、C值不变时，表针摆动的快慢程度相同（仅摆动次数不同）在同学回答的基础上小结指出

LC振荡电路的固有周期（T）和固有频率（f），决定于电路中线圈的电感L和电容器的电容C

提出问题：上述现象如何解释？

归纳指出：电容越大，容纳电荷就越多，充放电需要的时间就越长，因而周期就长，频率就低。线圈的电感L越大，阻碍电流变化的延时作用就越强，使放电、充电的时间就越长，因而周期就越长，频率就越低，总而言之，LC电路的周期和频率由电路本身的性质（L、C的值）决定，与电容器的带电量的多少，电流大小无关。

2．固有周期和固有频率公式

大量精确的实验和电磁学理论证明，电磁振荡的周期T、频率f跟电感L、电容C的关系是：

T2LC

f12LC

式中T、f、L、C的单位分别是秒、赫、亨和法（单位符号是s、Hz、H、F）

用心

爱心

专心

公式表明，适当地选择电容C和电感L，就可以使电路的固有周期和频率符合我们的各种需要，通常应用中是可变电容器和电感线圈组成LC电路，要得到不同周期和频率的振荡电流，可通过改变电容器的电容C来实现，如图2所示；亦可通过改变电感L来实现，如图3所示。

收音机中调节谐振电路的周期，就是通过调节可变电容来实现的。

让学生打开收音机，观察并找到调谐电容。调节调揩旋钮时，观察动片的变化。要求学生分析

（1）旋入动片，旋出动片时正对面积如何变化？电容C大小如何改变？（2）C变化对周期、频率大小变化有何关系

（三）巩固练习（含机动内容）

【例1】

如图4所示的LC振荡电路中，可变电容器C的取值范围为10pF～360pF，线圈的电感L＝0.10H，求此电路能获得的振荡电流的最高频率多大？最低频率又为多少？

解析：由振荡电路的频率公式f12LC

当电容最小等于10Pf时，振荡电流的频率最高，f112LC1当电容最大等于360Pf时，振荡电流的频率最低，f22.6.6104Hz

2LC【例2】

有一LC振荡电路，当电容调节为C1＝200pF时，能产生频率为f1=500kHz的振荡电流，要获得频率为f2＝1.0×103kHz的振荡电流，则可变容器应调为多大？（设电感L保持不变）

解析：根据公式f12LC1.6105Hz

由于电感L保持不变 C2所以f1

f2C1f1211所以C22C1510F=50pF f2用心

爱心

专心

【例3】 在图5（甲）中，LC振荡电路中规定图示电流方向为电流i的正方向，则振荡电流随时间变化的图象如图5（乙）所示

图5 那么，电路中各物理量在一个周期内的情况是 _______时刻，电容器上带电量为零 _______时刻，线圈中的磁场最强

_______时刻，电容器两板间的电场强度值最大 _______时刻，电路中电流达到反向最大值 _______时间内是对电容器的充电过程

解析

分析这类问题的关键是要搞清电场能和磁场能相互转化的过程，以及它所对应的物理状态和物理量间的关系，由题图可知电容器C正在放电，当t＝0时，C带电量最多，两板间电压最大，电场能也最大，而此时磁场能最小（为零），对应的电流i最小（为零），随着C放电的持续，带电量、电压、电场能将逐渐减小，而磁场能、电流i将逐渐变大，磁场能、电流达到最大之后由于电感L和电容C的作用，将对电容反向充电，直至最大，依此类推，故可得知，A、C时刻电流最大，磁场最强，电场为零，C带电量为零，当电流为零时（对应图中的O、B、D）电容器上带电量最多，相应的电场强度值为最大，同理可知C时刻电流达到最大，电容经过T/4放电完毕后，紧接着又对电容反向充电，又经T/4，充电到最大值，即带电量、电压、电场能达最大，磁场能、电流变为零，这个过程对应着图中的A→B，类似的道理可知C→D也是对电容的充电过程。

（四）总结、扩展

1．LC振荡电路的周期公式，频率公式要理解其物理含义，它只由电路本身的特性（L、C值）决定，所以叫做固有周期和固有频率，应用中，通过改变LC回路中的电感L或电容C，周期和频率也随之改变，满足各种需要。

2．应用周期公式、频率公式进行计算时，要特别注意各个物理量的单位，常用电容器的单位有微法（μF）和皮法（pF），代入公式时一定要换为法（F），电感L的单位有时是毫亨或微亨（mH或μH），代入公式时要换为亨（H），这样得到的周期和频率的单位才是正确的（秒

用心

爱心

专心

和赫）

七、布置作业：课本练习一（3）、（4）题

八、板书设计

第二节

电磁振荡的周期和频率

1．定义

周期：电磁振荡完成一次周期性变化的时间

频率：一秒钟内完成周期性变化的次数 2．公式：T2LC

f12LC

决定因素 由电容C和电感L决定与电容器带电多少无关

用心

爱心

电磁振荡器 篇3

传统物理学认为, 一个电荷就是一个独立存在于空间的点状物体, 电荷的电场是由电荷在空间中激发形成的另一个物质体, 这种传统的观点忽略了电荷与电场的整体性。实际上, 任何一个电荷都不能看作是一个孤立的点状物体, 我们不可能把一个电荷从它的电场中分割出来, 一个电荷的电场是由无数与该电荷有关联的物质即光质点 (传播光波的质点, 由电荷生成, 与电荷有割不断的关联) 在宇宙空间中按一定的规律分布形成的, 每一个电荷和它的电场都构成了一个独立于其他电荷和电场的具有无限延伸性的不可分割的物质体, 此即是电荷和电场的整体性。

一个电荷, 从宇宙诞生之初便存在至今, 它的电量恒定不变, 它的电场随着宇宙一起扩张至今, 假如宇宙的年龄有130亿年, 每个电荷的电场就都有130亿光年的范围。照此推断, 整个宇宙的空间, 除了实物占据的空间外, 都是电荷的电场占据的空间。从整体上来看, 全宇宙的电荷的电场矢量和等于零, 因此, 离电荷远的真空空间虽然有无数个电场分布, 但由于这些电场的矢量和等于零, 不会对放入其中的电荷产生可以探测的影响。

受传统物理学的影响, 很多人自然而然地把两个电荷间的相互作用想像成两个点状物体间的相互作用。事实上, 电荷间的相互作用与电场是分不开的。因为每个电荷和它的电场都构成了一个像宇宙一样庞大的不可分割的物质体, 所以, 两个电荷间的相互作用实际上就是两个“宇宙”间的相互作用, 这种相互作用是由局部到整体的。例如:在真空中有一个相对静止的正电荷A, 它的的电场并不局限在它周围的空间, 而是遍布整个宇宙的, 把正电荷B放到正电荷A附近, 正电荷A分布在整个宇宙中的场物质即光质点就会有以正电荷B为中心指向各个方向重新分布的趋势, 使正电荷A受到一个由B指向A的力, 力的大小与AB两个电荷间的距离的平方成反比, 这个力表现出来就是正电荷B对正电荷A产生的斥力。与此同时, 正电荷B分布在整个宇宙中的光质点也会有以正电荷A为中心指向各个方向重新分布的趋势, 使正电荷B受到一个由A指向B的力, 力的大小与AB两个电荷间的距离的平方成反比, 这个力表现出来就是正电荷A对正电荷B产生的斥力。

把负电荷C放到正电荷A附近, 正电荷A分布在整个宇宙中的光质点就会有以负电荷C为中心, 从各个方向指向负电荷C重新分布的趋势, 使正电荷A受到一个由A指向C的力, 力的大小与AC两个电荷间的距离的平方成反比。这个力表现出来就是负电荷C对正电荷A产生的吸引力。与此同时, 负电荷C分布在整个宇宙中的光质点就会有以正电荷A为中心, 从各个方向指向正电荷A重新分布的趋势, 使负电荷C受到一个由C指向A的力, 力的大小与AC两个电荷间的距离的平方成反比。这个力表现出来就是正电荷A对负正电荷C产生的吸引力。

综上所述, 电荷间的相互作用实际上就是电荷和它自身的电场的平衡状态被引入电场中的电荷打破, 使电荷分布在整个宇宙中的场物质即光质点都有以引入电场中的电荷为中心重新分布的趋势产生的一种力, 是构成电荷自身电场的光质点对电荷直接产生的力。任何一个电荷受到的电场力实际上都是通过该电荷分布在宇宙中的光质点来传递的。与引力波类似, 电磁波的本质就是电场力波, 任何一个电荷接收到的电场力波即电磁波都是通过它分布在宇宙中的光质点来传播的。

2 单向振荡波与双向振荡波

无论是电场还是磁场或是交替变化的电磁场, 都只能通过电荷或电流的运动变化来体现。一个电荷的电场是由无数与电荷有关联的能与电荷一起共振的物质即光质点在宇宙空间中按一定的律分布形成的, 每一个光质点都与生成它的电荷存在着割不断的关联, 电荷只能与它分布在宇宙空间中的光质点发生共振, 而一个电荷分布在宇宙空间中的光质点不能与其他电荷分布在宇宙空间中的光质点发生共振。因此, 每个电荷和它的电场都构成了一个独立于其它电荷和电场的像宇宙一样庞大的不可分割的物质体, 每一个电荷都是一个“宇宙”的中心, 一个电荷的振荡实际上就是一个“宇宙”的振荡, 只是这种振荡是由局部到整体的。

电磁波在真空中传播的过程是无法观察到的, 我们只能利用电荷来接收电磁波。当电荷分布在某处真空空间中的电场被其他电荷呈周期性地压缩时, 构成此处电场的光质点就会呈周期性地振荡, 形成振荡的移位移电流, 产生电磁波, 通过电荷分布在宇宙空间中的光质点传给电荷。

在将高频交流经过特殊整流技术形成的单向振荡电流中, 参与振荡运动的自由电子之间的真空空间里, 外电荷分布的电场呈周期性地被单向压缩, 使构成这些电场的光质点呈周期性单向振荡, 形成单向振荡的位移电流, 向外辐射出单向振荡波。

在双向振荡电流中, 参与振荡运动的自由电子之间的真空空间里, 外电荷分布的电场呈周期性地被双向压缩, 使构成这些电场的光质点呈周期性地双向振荡, 形成双向振荡的位移电流, 向外辐射出双向振荡波。

受传统物理学的影响, 很多人自然而然地认为在通电导线中有一个脱离了电子的电场在传播, 驱动导线中的电子运动形成电流, 这种观点把电子和它的电场分割开了, 是错的。事实上, 在电流中的每个电子都是由与之相邻的电子驱动的, 加在导线端的电压只是驱动了导线端的电子而已, 并没有一个脱离了电子的电场在导线中传播。电流中的每个电子做加速或减速运动的动力都来自与之相邻的电子。

在交流与恒流混合形成的单向振荡电流中, 参与振荡运动的自由电子之间的真空空间里, 外电荷分布的电场是被双向压缩的, 因此辐射出的并不是单向振荡波, 而是双向振荡波。

光是一种频率极高的双向振荡波, 原子的核外电子跃迁的瞬间会做双向振荡运动一周。向外辐射出一个频率极高的双向振荡波即光波。

双向振荡波主要用于通信, 激光武器等, 单向振荡波则可用来合成超低频单极磁场, 驱动大功率量子引擎。

3 单向振荡波与单极磁场

单向振荡波是由单向振荡的位移电流与单向振荡的感应磁场相互激发交替产生形成的一种特殊的电磁波, 这种电磁波在空间中传播时产生的感应磁场都是单向振荡的, 且只能表现出单个磁极的力学效应, 因此叫做磁单极量子, 也称单极磁场。单向振荡波在传播过程中遇到导体, 会使导体受到一个单向振荡的感应磁场的作用, 产生同频率单向振荡的感应电流。只要在同一处真空空间中激发两个场强方向相同, 振荡频率相同, 时间差半个周期的超高频单极磁场, 便可在此处真空间空间中合成一个超低频单向振荡的无源的单极磁场。将通恒定电流的导体放入合成超低频单极磁场的真空空间里, 导体就会受到一个大小和方向都不变的电磁力, 这个电磁力可以认为是来自真空空间的, 属系统的外力可推动系统前进。这就是能够进行星际跃迁的光速飞船的技术原理。

4 波的粒子性与概率性

无论是机械波还是电磁波, 波的频率越高, 波的方向性就越强, 在与波传播方向垂直的界面上, 波的作用范围就越小。在与波传播方向垂直的界面上, 频率较低的无线电波的作用范围比较大, 能够同时驱动自由电子分布在周围空间中的大量的光质点波动, 进而带动自由电子一起共振。因此, 频率较低的无线电波遇到金属时, 能使金属表面产生同频率的振荡电流。随着波的频率不断地增高, 在与波传播方向垂直的界面上, 波的作用范围会不断地减小。光波的频率极高, 在与光波传播方向垂直的界面上, 一个光波的作用范围减小到了只有一个无穷小的光质点, 因此, 光波不能像频率较低的无线电波那样同时驱动自由电子分布在周围空间中的大量光质点振动, 即不能带动自由电子一起共振。一个光波只能驱动自由电子分布在周围空间中的一个光质点去撞击自由电子, 表现出明显的粒子性。光波的频率越高, 光质点撞击电子瞬间的能量就越大, 当光波的频率达到金属的极限频率时, 光质点就能把自由电子撞出金属表面, 产生光电效应。两个光波同时驱动一个光质点去撞击同一个自由电子的概率为零, 而一个自由电子吸收到的光能量又不能垒加, 所以, 光波的频率达不到金属的极限频率时, 增加光强和光照时间都不能产生光电效应。一列光波不会总是驱动同一个光质点去撞击同一个电子, 而是每个周期都驱动一个不同的光质点去撞击不同的电子, 标记下撞击点, 就会发现, 撞击点的分布显现出了概率性, 由此可见, 粒子性和概率性都是波的频率达到了一定值后才显现出来的波的一种共性。

5 真空光速与惯性系

传统物理学认为, 场不能做参考系, 这种观点并不正确, 特别是在研究光速时, 这种传统的观点会误导我们得出错误的结论。因为实物粒子是通过场结合在一起的, 所以, 每个物体即每个参照物实际上都是由实物和场构成。一个惯性系, 不仅包括构成它的实物, 还包括实物粒子的场, 因为电场和引力场占据的空间都不局限在某处, 而是像宇宙一样无限, 所以每个惯性系占据的空间都是像宇宙一样无限的。每个惯性系都可看作一个独立于其它惯性系的像宇宙一样庞大的不可分割的物质系统, 在这些物质系统中, 物理规律都具有相同的表达形式, 即每个惯性系都是平等平权的。在每个惯系里, 实物粒子和它的场总处在一种相对静止的状态中, 即在每个惯性系里, 实物粒子的场相对于实物粒子都是一种静态场。在每个惯性系里, 电荷接收到的光波都是通过电荷分布在宇宙中的场物质即光质点来传播的, 而每个惯性系里电荷分布在宇宙中的电场相对于电荷是静态场, 这必然导致在每个惯性系里通过电荷直接观测到的真空光速都是C。

光与实物不同, 我们可以观察到一颗子弹在真空中飞行的全过程, 但我们永远无法观察到一列光波在真空中传播的过程。

光的本质是在电荷间传播的一种振动, 真空光速守恒只能是相对于接收光的惯性系来说的。因此, 爱因斯坦提出的光速不变原理并不完善。光速不变原理应陈述为:各惯性系里, 通过电荷直接观测到的真空光速都是C;在真空中传播的光其速度相对于接收光的惯性系恒定不变, 相对于其他惯性系可变。

这样, 既不违背狭义相对性原理, 又符合不同角度的惯性系的观察结果。

参考文献

[1]李昌颖.量子发动机[R].武汉:武汉科技信息快报社, 2010.11.

[2]李昌颖.单极量子发生器[R].武汉:武汉科技信息快报, 2011 (05) .

[3]李昌颖.超导量子场推进技术在宇航领域中的应用[J].电子世界, 2013 (12) .