电磁振荡课件-高二下学期物理人教版选择性

4.1电磁振荡人教版（2019）物理（选择性必修第二册）第四章

电磁振荡与电磁波素养目标1.了解

LC振荡电路，理解

LC

振荡电路中产生振荡电流的过程，理解电容器充、放电的作用及线圈的电感阻碍电流变化的作用2.分析

LC

振荡电路，找到振荡电路变化过程中电场能与磁场能相互转化的规律3.分析电磁振荡完成一个周期性变化的过程中电容器的充、放电情况和线圈中电流和方向的变化情况的关系

水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？“千里眼”“顺风耳”常常出现在神话故事和动漫作品中，现代社会中，看得见“千里以外的事物，听得到“随风而来的声音”，这些都实现了吗？是如何实现的？电话通信视频连线电磁波电磁波是什么？电磁波是如何产生和传播的？水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地极大水面。电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生持续变化的电流呢？新课讲解要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流，我们可以通过线圈和电容器组成的电路实现。线圈电容器我们把如图所示的电路叫做LC振荡电路。ECSL实验：观察振荡电路中电压的波形（1）实验器材

电感线圈、电容器、电源、单刀双掷开关、电压传感器。（2）实验步骤ECSL①按照如图所示的电路图连接电路，把电压传感器的两端连在电容器的两个极板上。②先把开关置于电源一侧，为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。③观察电脑显示器显示的电压的波形。现象：电路中的电压发生周期性的变化，且逐渐减小实验：观察振荡电路中电压的波形观察演示实验，了解

LC

振荡电路，了解振荡电流将示波器的两端连在电容器的两个极板上，观察电流变化观察到电流表指针左右摆动几次后停止ECSL示波器显示的电压波形的振幅越来越小电容器放电时，电路中电流发生变化，由于电感线圈的自感作用，对电流的变化有阻碍作用，电路中产生了周期性变化的电流，由于存在能量损失，电路中的电流逐渐减小，电容器两端的电压也逐渐减小B经典例题B经典例题答案：B解析：若磁场正在减弱，可知电容器处于充电状态，电场能正在增大，电流方向由b到a，所以电容器下极板带正电，上极板带负电，故A错误，B正确；若磁场正在增强，可知电容器处于放电状态，电场能正在减小，电流方向由b到a，所以电容器上极板带正电，故C、D错误.电磁振荡的产生（1）大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流（2）产生振荡电流的电路，叫作振荡电路（3）由电感线圈

L和电容器

C

组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC

振荡电路

理想

LC

振荡电路，只考虑电感和电容的作用，忽略能量损失ECSL振荡电流实质就是高频的交变电流探究

LC

振荡电路中是如何产生振荡电流的该过程中，右侧LC

振荡电路中

i=0电容器上极板带正电，上极板的电荷量

q

最大电容器充电ECSL－LC＋E

LC

振荡电路中

i

增大，电容器上极板的电荷量

q

减小当放电结束时

i

最大，q=0电容器放电探究

LC

振荡电路中是如何产生振荡电流的－LC＋ELC线圈自感使电流

i

没有立刻达到最大值＋－

LC

振荡电路中

i

减小，电容器上极板的电荷量

q

增大反向充电当充电结束时

i

=0，q最大（下极板）LC＋－LC由于线圈自感电路中移动的电荷仍保持原方向运动

LC

振荡电路中

i

增大，电容器上极板的电荷量

q

减小当充电结束时

i

最大，q=0反向放电LC－LC＋

LC

振荡电路中

i

减小，电容器上极板的电荷量

q

增大再次充电当充电结束时

i

=0，q最大（上极板）－LC＋－LC＋E电流

i

电荷量

q

都在周期性地变化放电

充电

放电

充电

周期性变化电容器里的电场强度

E线圈里的磁感应强度

B放电

充电

放电

充电

放电过程：电场（

q

↓）→磁场（

i

↑）充电完毕状态

q=Qm，i=0充电过程：磁场（

i

↓）→电场（

q↑）放电完毕状态

q=0，i=Im振荡电流

电路中出现的大小、方向都在发生周期性变化的电流，叫振荡电流。电磁振荡

在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷、通过线圈的电流，以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。电磁振荡中的能量变化从能量的观点来看，放电的过程，电场能逐渐转化为磁场能，在放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能；线圈反方向充电时磁场能逐渐转化为电场能；到反方向充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为电场能。所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。q电场能i磁场能正最大最大0000正最大最大负最大最大0000负最大最大正最大最大000~

~

~

~

电容器刚要放电时q

最大，电场最强能量全部在电场中电场减弱

磁场增强电容器开始放电时能量全部在磁场中电容器放电完毕时磁场减弱

电场增强

电容器充电完毕LC

振荡电路简谐运动给电容器充电电容

C电感

L

（相当于惯性）电荷量

q电流i电场能

E电磁场能

E磁用外力把摆球拉离平衡位置做功劲度系数k（或单摆的摆长

L）摆球的质量

m（惯性）位移

x速度

v动能

Ek势能

Ep电磁振荡中的能量变化（1）电场能与电容器上的电荷量有关，电荷量

q

增大，电场能

E电

增大，电荷量

q

减小，电场能

E电

减小（2）磁场能与通过线圈的电流有关，电流

i

增大，磁场

E磁

增大，电流

i

减小，磁场能

E磁

减小（3）充电过程中，电荷量

q

增大，电流

i

减小；放电过程中，电荷量

q

减小，电流

i

增大（4）放电过程是电场能转换为磁场能的过程（5）充电过程是磁场能转换为电场能的过程（6）在理想的

LC

振荡电路中，在任何时刻，电场能和磁场能的总和不变

小结_________________________电场能和磁场能的总和不变，那为什么电流会越来越小________3.对于LC回路产生电磁振荡的过程，下列说法中错误的是()A.电容器放电完毕的时刻，回路中电流最小B.回路中电流最大的时刻，回路中磁场能最大C.电容器极板上所带电荷量最大时，电场能最大D.回路中电流最小时刻，电容器所带电荷量最大A经典例题答案：A解析：电容器放电完毕时，带电荷量为零，电场能为零，回路中的电流最大，磁场能最大，A错误，B正确；电容器充电完毕时，带电荷量最大，电场能达到最大，C正确；回路中电流最小的时刻，磁场能最小，电场能最大，电容器所带电荷量最大，D正确.A符合题意.4.如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态，则该时刻()A.振荡电流i在增大

B.电容器上的电荷量增多C.磁场能正在向电场能转化

D.电流的变化率增大经典例题A答案：A解析：A.图示时刻电流流向负极板，即负极板失电子，可知，极板所带电荷量减小，即电容器在放电，振荡电流增大，A正确；B.根据上述可知，电容器处于放电状态，电容器上的电荷量减小，B错误；C.根据上述，电容器处于放电状态，电场能正在向磁场能转化，C错误；D.根据上述，电容器处于放电状态，电流增大，但电流增大得越来越慢，即电流变化率减小，D错误。故选A。电磁振荡的周期和频率1．周期和频率：①电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期②一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率

LC

回路的周期和频率：由回路本身的特性决定

这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）

2．在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化理论分析表明，LC电路的周期

T与电感

L、电容

C的关系是①式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz。②改变周期的方法：L

：线圈的大小、形状、匝数、铁芯3.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。现代的实际电路中使用的振荡器多数是晶体振荡器。石英电子钟里的晶体振荡器5.为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施()A.增大电容器极板的正对面积

B.增大电容器极板的间距C.增大自感线圈的匝数

D.提高供电电压经典例题B答案：B解析：要增大无线电台向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由减小L和C可以提高f，要减小L可采取减少线圈匝数，向外抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法。故选B。1.电磁振荡

在LC振荡电路中，电场能与磁场能相互转化，电容器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着，这种现象就是电磁振荡。电荷量越大，电场强度越大，电压越高1.如图所示是某时刻LC振荡电路中振荡电流i的方向，下列对回路情况的判断正确的是()A.若电路中电容的上板带正电，则该电路中电流在增大B.若电路中电容的下板带正电，则电感产生的磁场在增强C.若电路中电流i正在增大，则该电路中电容上的电荷量也在增大D.若电路中电流i

正在减小，则该电路中电容器里的电场必定向下A答案：A解析：A.若电路中电容的上板带正电，则电容器在放电，该电路中电流在增大，故A正确；B.若电路中电容的下板带正电，则电容器在充电，电感产生的磁场在减弱，故B错误；C.若电路中电流i正在增大，则电容器在放电，该电路中电容上的电荷量在减少，故C错误；D.若电路中电流i正在减小，则电容器在充电，电容的下板带正电，该电路中电容器里的电场向上，故D错误。2.如图为LC振荡电路某时刻的状态图，不计电磁辐射，下列说法正确的是()A.电容器正在充电

B.振荡电流正在变大C.线圈自感电动势正在变小

D.电场能正在向磁场能转化A答案：A解析：AD.由题图可知，此时电流由上极板流向下极板，且下极板带正电，则下极板的正电荷增加，此时电容器正在充电，则电容器中的电场能正在增大，磁场能正在向电场能转化，故A正确，D错误；BC.由于线圈L中的磁场能正在减小，则振荡电流正在变小，但电流变化率正在变大，所以线圈自感电动势正在变大，故BC错误。故选A。3.为了测量储罐中不导电液体的高度，设计如图所示电路.电容C的两极板插入储罐的液体中，先将开关S接a，待电容器充满电后，再接b，由电感线圈与电容器构成的回路产生振荡电流，根据振荡电流的振荡频率变化情况测量储罐中液体的高度.下列分析正确的是()A.若电流振荡频率减小，则电容器电容减小，罐中液面下降B.若电流振荡频率减小，则电容器电容增大，罐中液面上升C.若电