新教材2023-2024学年高中物理第4章电磁振荡与电磁波1电磁振荡课件新人教版选择性必修第二册

第四章1电磁振荡学习目标1.知道什么是LC振荡电路和振荡电流。(物理观念)2.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程,知道电磁振荡过程中能量转化情况。(物理观念)3.会求LC振荡电路的周期与频率。(科学思维)4.探究电磁振荡过程中各物理量的变化规律。(科学探究)基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、电磁振荡的产生

1.振荡电流:大小和方向都做

迅速变化的电流。

2.振荡电路:产生

的电路。

3.电磁振荡:电路中的电流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

着。这种现象就是电磁振荡。

频率很高的交变电流

电场、磁场周期性变化

周期性

振荡电流周期性地变化二、电磁振荡中的能量转化从能量的观点来看,电容器刚要放电时,电容器里的电场

,电路里的能量全部储存在电容器的电场中;电容器开始放电后,电容器里的电场逐渐

,线圈的磁场逐渐

,电场能逐渐转化为

;在放电完毕的瞬间,电场能

转化为磁场能;之后,线圈的磁场逐渐

,电容器里的电场逐渐

,磁场能逐渐转化为

;到反方向充电完毕的瞬间,磁场能

转化为电场能。所以,在电磁振荡的过程中,电场能和磁场能会发生

的转化。

电场能与磁场能之间相互转化

最强减弱增强磁场能全部减弱增强电场能全部周期性三、电磁振荡的周期和频率1.周期T=

。

2.频率f=

。

3.用可调电容器或可调电感的线圈组成电路,改变

或

,振荡电路的周期和频率就会随着改变。

LC回路的周期

电容器的电容线圈的电感情境链接如图所示,将开关S掷向1,给电容器充电,再将开关掷向2,从此时起,电容器通过线圈放电,线圈中是否会产生自感电动势?自感电动势产生什么效果?线圈中的电流怎样变化?电容器的电场能转化为什么形式的能?当线圈中的电流减小时,是否会对电容器充电?此时线圈的磁场能转化为什么形式的能?提示

线圈中的电流发生变化时,线圈中会产生自感电动势,阻碍线圈中电流的变化,电流逐渐增大,电容器的电场能转化为线圈的磁场能;线圈中电流减小时,对电容器充电,线圈的磁场能转化为电容器的电场能。教材拓展LC振荡电路的周期和频率与哪些因素有关?与电容器电荷量多少和电流的大小有什么关系?提示

LC振荡电路的周期和频率与线圈的电感和电容器的电容有关,与电容器电荷量多少和电流的大小无关。易错辨析(1)LC振荡电路中,电容器放电电流最大时极板上电荷为0。(

)(2)LC振荡电路中,电容器放电完毕时,回路中磁场能最小,电场能最大。(

)(3)LC振荡电路中,仅更换电感L更大的线圈,自感电动势变大,周期变长。(

)√×提示

LC振荡电路的电容器放电完毕时,回路中磁场能最大,电场能最小。√重难探究·能力素养全提升探究点振荡过程中各物理量的变化情况导学探究如图所示装置,先把开关扳到电源一边,给电容器充电,稍后把开关扳到线圈一边,让电容器通过线圈放电,会观察到电流表指针有何变化?说明什么问题?要点提示

指针左右摆动,说明电路中产生了大小和方向变化的电流。

知识归纳1.用图像对应分析:振荡过程中电流i和极板上的电荷量q之间的对应关系甲

以逆时针方向电流为正

乙

图中q为上极板的电荷量

2.相关量与电路状态的对应情况

电路状态abcde时刻t0T电荷量q最多0最多0最多电场能最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能0最大0最大03.三个关系(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、电场强度E、电场能EE是同步变化的,即q↓→E↓→EE↓(或q↑→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增大时,线圈中的三个物理量i、B、EB减小,且它们的变化是同步的,即q、E、EE↑i、B、EB↓。(3)物理量的等式关系

应用体验【例题】

(多选)如图所示,L为一电阻可忽略的线圈,D为一灯泡,C为电容器,开关S处于闭合状态,灯泡D正常发光,现突然断开S,并开始计时,能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i(规定顺时针方向为正)随时间变化的图像是(图中q为正值,表示a极板带正电)(

)BC解析

S断开前,线圈L短路,线圈中电流从上到下,电容器不带电;S断开时,线圈L中产生自感电动势,阻碍电流减小,给电容器C充电,此时LC回路中电流i沿顺时针方向(正向)最大;给电容器充电过程,电容器带的电荷量最大时(a板带负电),线圈L中电流减为零。此后,LC回路发生电磁振荡形成交变电流。综上所述,选项B、C正确。方法技巧

LC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断,当电流流向带正电的极板时,处于充电过程;反之,处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断:当电容器的电荷量q(U、E)增大时,处于充电过程;反之,处于放电过程。(3)根据能量判断:电场能增加时,处于充电过程;磁场能增加时,处于放电过程。对点演练如图所示,LC振荡电路中,已知某时刻电流i沿顺时针方向,且正在增大,则(

)A.A板带正电B.A、B两板间的电压在增大C.电容器C正在充电D.电场能正在转化为磁场能D解析

电流i正在增大,磁场能增大,电容器在放电,电场能减小,电场能转化为磁场能,选项C错误,D正确;由题图中i方向可知B板带正电,选项A错误;由于电容器放电,电荷量减少,两板间的电压在减小,选项B错误。学以致用·随堂检测全达标12341.(电磁振荡过程中各物理量的变化)如图所示是LC振荡电路中振荡电流与时间的关系图线,若电容器开始放电的时刻为t=0,则下列说法正确的是(

)A.在t=0时,线圈中的磁场能最小B.在t=1s时,电容器中电场能最大C.在t=2s时,电容器放电结束D.在t=3s时,电容器充电结束A解析

电容器放电过程中,电流增大,磁场能增加,电场能减少,也就是磁场能的大小由电流的大小决定,选项A正确。12342.(电磁振荡的周期和频率)如图所示是某电器元件厂生产的可调电容器,把它接在L不变的LC振荡电路中,为了使振荡的频率从700Hz变为1400Hz,可采取的办法有(

)A.电容增大到原来的4倍B.电容增大到原来的2倍D123412343.(电磁振荡的频率)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A的间距,电容减小,故A正确;升高电容器的充电电压,电容不变,故B错误;增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯,自感系数增大,故C、D错误。12344.(电磁振荡过程中各物理量的变化)(多选)在如图甲所示的LC振荡电路中,通过P点的电流变化规律如图乙所示。现规定电路中电流沿顺时针方向为正,则(

)A.0.5s至1.0s时间内,电容器充电B.0.5s至1.0s时间内,电容器上极板带的是正电C.1.0s至1.5s时间内,磁场能正在转化为电场能D.1.0s至1.5s时间内,下极板的电势高AD1234解析

由振荡电流的图像可知,在0.5~1.0

s的时间内,电流的方向为正方向,且电流值正在减小,说明电容器