4.1电磁振荡 人教版高中物理选择性必修第二册.ppt

第四章 电磁振荡与电磁波 1、电磁振荡 课 标 定 位 1.知道什么是LC振荡电路和振荡电流。 2.知道LC回路中振荡电流的产生过程。 3.知道在电磁振荡产生的过程中LC回路中能量的转换过程。 4.知道电磁振荡的周期和频率以及它们在LC回路中的公式,并能够进行简单计算。 素 养 阐 释 1.通过对振荡电路、振荡电流、电磁振荡的周期和频率的学习,形成物理观念。 2.通过研究LC回路中振荡电流的产生过程及回路中能量的转化过程、能量损失的途径以及得到等幅振荡的方法,计算电磁振荡的周期和频率,掌握科学思维的方法。 一、电磁振荡的产生及其中的能量变化 1.振荡电流和振荡电路 (1)振荡电流:大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 (2)振荡电路:产生振荡电流的电路。 (3)怎样能组成最简单的振荡电路? 提示:由电感线圈L和电容C组成的电路,就是最简单的振荡电路,称为LC振荡电路。 2.电磁振荡 电磁振荡现象有什么特点? 提示:在电磁振荡过程中,电路中的电流、电容器极板上的电荷量、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度,都在周期性地变化着,电场能和磁场能同时发生周期性的转化。 3.等幅振荡有什么特点?实际电路中给LC电路补充能量有哪些途径? 提示:振幅不变。由电源通过电子器件为LC电路补充能量。 4.固有周期和固有频率:如果没有能量损失,也不受其他外界条件的影响,这时的周期和频率叫作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。 二、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需要的时间。 2.频率: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,其数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。 3.LC电路的周期T、频率f与电感L、电容C的关系是什么? 【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。 (1)放电时,由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大。(　　) (2)振荡电流的大小变化,方向不变。(　　) (3)在振荡电路中,电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能。(　　) (4)电容器放电完毕,电流最大。(　　) (5)L和C越大,电磁振荡的频率越高。(　　) √ × √ √ × 2.LC振荡电路在充电过程中极板上的电荷量逐渐增加,充电电流如何变化?在电磁振荡的过程中,电场能与磁场能相互转化,什么时候磁场能最大?在LC振荡电路一次全振动的过程中,电容器充电几次?充电电流方向相同吗? 提示:随电容器上充电电荷的增多,充电电流逐渐减小。放电刚结束时,电场能全部转化成了磁场能。充电两次,充电电流方向不相同。 3.某种电子钟是利用LC振荡电路制成的,在家使用一段时间后发现每昼夜总是快1 min,怎样调节可使电子钟走时准确? 提示:把电容C适当调大一些。 知识点一 电磁振荡中各物理量的变化情况 【问题引领】 把线圈、电容器、电流表、电源和单刀双掷开关按下图连成电路。 先把开关置于电源一边,为电容器充电,稍后再把开关置于线圈一边,使电容器通过线圈放电。观察到电流表指针有何变化?这说明了什么问题? 提示:指针左右摆动。说明电路中产生了变化的电流。 【归纳提升】 1.相关物理量与电路状态的对应情况 2.用图像对应分析i、q的变化关系 电磁振荡过程中的几个关系 1.同步同变关系 在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量——电荷量q、板间电压U、电场强度E、电场能EE是同时同向变化的,即: q↓→U↓→E↓→EE↓(或q↑→U↑→E↑→EE↑) 振荡线圈上的物理量——振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的,即: i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。 2.同步异变关系 在LC振荡过程中,电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的,即q、E、EE同时减小时,i、B、EB同时增大,且它们的变化是同步的,即: 【典型例题】 【例题1】 (多选)(2020北京通州检测)LC振荡电路中,通过P点的电流变化规律如图乙所示(图中周期为2 s)。现规定沿顺时针方向的电流方向为正,则(　　) 甲 乙 A.0.5 s至1 s时间内,电容器充电 B.0.5 s至1 s时间内,电容器上极板带的是正电 C.1 s至1.5 s时间内,磁场能正在转化为电场能 D.1 s至1.5 s时间内,下极板的电势高 答案:AD 解析:由振荡电流的图像可知,在0.5~1 s的时间内,电流为正方向,且电流值正在减小,由题意可知,顺时针方向为电流的正方向,则在0.5~1 s的时间内,LC回路中的电流是沿顺时针方向的,而且电容器C正在充电。可知在0.5~1 s的时间内电容器C的上极板带负电,下极板带正电,选项A正确,B错误。再由振荡电流的图像知,在1~1.5 s的时间内,电流的方向为负,且电流