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《LC振荡电路》教学案例

陈迎春（山东省莱芜市职业中专山东莱芜271125）

一、教学目标

1.知识目标：通过学习使学生知道什么是电磁振荡及产生原因；会分析电磁振荡过程中，电容器极板上的电荷、线圈中的电流以及与之联系的电场、磁场和能量变化的规律；知道无阻尼振荡和阻尼振荡的产生与区别。

2.能力目标：通过观察演示实验，对电磁振荡过程的分析，使学生掌握能量观点分析问题的方法，培养学生的观察能力、推理能力。

3.情感目标：利用示波器，让学生观察振荡电流的波形，体会物理学中的数学直观美、数学对称美。

二、教具准备

LC振荡电路演示器、示波器（J2458型）、电流表（J0401A）、市售40V 干电池。

三、教学的重点和难点

1.重点：对LC回路产生电磁振荡过程的分析。

2.难点：对振荡电路、振荡电流等基本概念的理解和对电磁振荡过程的认识。

四、教学过程

1.导入新课

前面我们学习了RC正弦波振荡器，从这节课开始我们再学习另一种正弦波振荡器一一LC正弦波振荡器。为学习各种类型的LC正弦波振荡器，我们要从与之相关的基础知识LC电磁振荡入手，这就是这节课我们要研究学习的内容。

2.讲授新课

（1）振荡电流

［演示1］观察回路中电流表G指针的变化，将图1中电流表指针调零后，

把K扳至1给电容器C充电，再将K扳至2让电容器放电，同时提醒学生注意观察。

问题：看到了什么现象？这说明了什么？（看到电流表指针在中心位置的两侧来回摆动；表明回路中的电流方向随时间变化。）

概述：回路中产生的这种性质的电流称为振荡电流，它随时间做周期性变化。那么，电流的变化规律如何呢？

［演示2］用示波器观察振荡电流的波形。可见，振荡电流是按正弦规律变化的（如图2示）。

能产生振荡电流的电路称为振荡电路。图1中由一个电容器C和一个电感线圈L组成的振荡电路称为LC振荡电路，简称LC回路，这是一个理想化的电路。在LC 回路中是如何产生振荡电流的呢？

（2）电磁振荡过程的分析

过程分析。从电容器极板上的电荷Q及对应产生的电场能E电、回路中

的电流i及对应产生的磁场能E磁在振荡过程中的变化来分析。

刚才我们一起分析了电磁振荡的部分过程，这个振荡还要继续下去，电容器要反向放电，放电完毕后又对电容器充电。请同学们根据刚才分析的方法, 讨论完成下表（请一位同学到黑板上填表）：

至此，我们分析了LC电磁振荡的整个过程，这个振荡还要周期性地重复下去。

从分析可见，电容器的充放电和电感线圈的自感作用是产生电磁振荡的原因；从能量观点看，电磁振荡过程是电场能和磁场能相互转化的过程。

用单摆的振动类比电磁振荡。电磁振荡过程比较抽象，用单摆的振动类比，能加深对电磁振荡过程的理解。

请同学们回想单摆振动的情况，结合刚分析的电磁振荡情况完成下表

（先让同学们自己填，教师再订正）:

振荡电流的波形与电磁振荡过程的对应。我们已看到，振荡电流是按正

弦规律变化的，它的波形与电磁振荡过程是相对应的。它们的对应关系如何呢? 下面我

们来分析一下。

类似地，我们还可以画出电容器极板上的电荷随时间变化的图形与电磁振荡的对应关系。这一问题留给同学们课下思考。

（3）电磁振荡

概括出概念。

提出问题。

我们知道，单摆的振动由于受空气阻力，系统的能量会逐渐损耗，最终停止下来。那么，在实际的LC回路中产生了电磁振荡后，振荡过程是否会一直延续下去呢？

答案是否定的，请同学们分析能量损耗的原因（导线及电感线圈的电阻；回路向外辐射的能量）。

可见，电磁振荡在振荡过程中，振荡电流的振幅会越来越小，最终停止下来。像这种振荡我们称为阻尼振荡。一个理想化的LC回路，即没有能量损耗，振荡电流的振幅不发生变化，称为无阻尼振荡。实际电路中，为维持等幅振荡，必须周期性地给振荡电路补充能量。

［演示3］观察无阻尼振荡和阻尼振荡的波形。

下面图3是阻尼振荡与无阻尼振荡的波形图，请同学们比较它们的不同。

3.课堂练习

（1）在LC振荡电路的实验中，先将开关扳到电池一边给电容器充电，对振荡电流的产生起什么作用？

（2）在LC振荡电路中，在电容器充电完毕未开始放电时，正确的说法是（）。

A、电场能正向磁场能转化

B、磁场能正向电场能转化

C、电路里的电场最强

D、电路里的磁场最强

(3)在一个无阻尼振荡的LC回路的振荡过程中，电流、电荷、电场强度、磁感应强度、电场能、磁场能、总能量，哪些量是随时间作周期性变化的？哪些量是恒量？

4.结束语

本节课的学习，让我们知道了LC电磁振荡产生的原因；通过对电磁振荡过程的分析，明确了振荡过程中电容器极板上的电荷及对应产生的电场能、线圈中的电流及对应产生的磁场能的变化规律，明确了LC电磁振荡的实质就是电场能与磁场能间的转化，同时知道了阻尼振荡与无阻尼振荡的产生与区别，这为下一步学习各种类型的LC正弦波振荡器奠定了坚实的基础。

五、课后反思

1.上好这节课的关键是确保演示实验的成功。

为此，课前要做好充分准备。实验中，对无阻尼振荡的情况要周期性地补充能量；要选择电感量大、电阻小的电感线圈和电容量大、损耗小的电容器。

2.本节课采用的仍然是教师演示、讲解为主的启发式传统教学模式，限制了学生的广泛参与。

3.在今后的教学中还需进一步努力，继续探索，向新课标要求靠拢，积极尝试探究式教学法。