高中物理 人教版（2019）选择性必修 第二册 4.1电磁振荡（27张PPT）
文档属性
| 名称 | 高中物理 人教版（2019）选择性必修 第二册 4.1电磁振荡（27张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 561.4KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-12 11:45:09 | ||
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文档简介
(共27张PPT)
第四章 电磁振荡与电磁波
4.1 电磁振荡
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课导入
3 新课讲解
4 课堂小结
5 当堂小练
1.了解电磁振荡.
2.知道LC振荡电路中电荷量、电场、电流、磁场的动态变化情况及电场能与磁场能的转化情况.
3.知道电磁振荡的周期和频率，会用其分析、解释有关的简单问题.
学习目标
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？
问题：
？
新课导入
观察振荡电路中电压的波形
观察
把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。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。观察电脑显示器（或示波器）显示的电压的波形。
一、电磁振荡的产生
振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流。
振荡电路：能够产生振荡电流的电路。
想一想与交流电有何区别？
LC振荡电路：当开关置于线圈一侧时，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。
新课讲解
电容器充放电和线圈的自感现象共同作用产生的
电容器
具有充、放电作用
线圈
具有自感作用
－ － － －
L
+ + + +
C
UC
UL
LC电磁振荡的产生原理
电容器充电结束，两极板电荷量最大。
电容器开始放电，回路中电流从0开始逐渐增大。两极板电荷量减少。
自感线圈给电容器反向充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大。
电容器开始放电，回路中电流开始逐渐增大，两极板电荷量减少。
自感线圈再次给电容器反向充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大。
LC电磁振荡的产生过程
LC振荡电路电流的周期性变化
电容器极板上电荷量的周期性变化
1、LC电磁振荡过程中几个特殊时刻各参数的特征
LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：
(1)、两个物理过程：
放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→ i↑
充电过程：磁场能转化为电场能，q↑ → i↓
(2)、两个特殊状态：
充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小
放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小
2、LC电磁振荡的特点：
3、LC电磁振荡的变化规律：
(1)总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量
(2)电场能与磁场能交替转化
电场能
磁场能
充电
磁感强度B
电容器带电量ｑ
电路中电流ｉ
同步变化
同步变化
步调相反
两极间场强E
i
t
o
t
B
o
t
磁场能
o
q
t
o
E
t
o
4、LC电磁振荡过程中各参数的变化规律图像
电场能
t
o
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
二、电磁振荡中的能量变化
阻尼振荡和无阻尼振荡
1．无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，也叫做等幅振荡。
2．阻尼振荡：任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡。
（1）振荡电路中的能量损耗有一部分转化为内能（产生焦耳热），还有一部向外辐射出去而损失．
（2）如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡。
三、电磁振荡的周期和频率
1．周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，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。
LC电路的周期（频率）与哪些因素有关？
电容较大时，电容器充电、放电的时间长些还是短些？线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电时间长些还是短些？
根据上面的讨论结果，定性地讲，LC电路的周期（频率）与电容C、电感L的大小有什么关系？
3、LC回路的周期和频率公式
（1）式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz．
（2）适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路物周期和频率符合我们的需要．
T = f =
LC振荡电路中的振荡电流按正弦规律变化，电路的状态与相应的物理量对应.
电磁振荡分阻尼振荡和无阻尼振荡．
LC振荡电路中电磁振荡的固有周期回路的周期
固有频率
课堂小结
例1、（多选）对振荡电路，下列说法正确的是（ ）
B．振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为
A．振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的
时间为
C．振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化
周期为
D．振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化
周期为
当堂小练
【答案】：C D
【解析】：在一个周期内，电容器充电、放电各两次，每次充电或放电所用的时间为振荡周期的1/4．电场能与电场强度的方向无关，磁场能与磁感应强度的方向无关，因此在电磁振荡的一个周期内各出现两次最大值，即电场能或磁场能的变化周期为 ．电场、磁场、电荷的变化周期跟电流的变化周期相同．均为
例2、（多选）如图所示的振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路的电流正在增强则此时 （ ）
A．a点电势比b点低
B．电容器两极板间场强正在减小
C．电路中电场能正在增大
D．线圈中感应电动势正在减小
ABD
【答案】：A、B、D
【解析】：因为电路中电流正在增强，所以电容器处于放电过程，极板上的电荷不断减少，两板间的场强正不断减小，电场能也不断减小，由安培定则可判断断得此时电容器放电的电流方向由b经线圈到a，电容器的下板带正电、上极带负电，所以b点电势高于a点电势，电流增大时，电流的变化率（磁通量的变化率）减小，所以线圈中的自感电动势在减小．
例3、(多选)如图所示电路中，电容器的电容为C，电感线圈的自感为L，线圈的电阻忽略不计，原来开关S闭合，现从开关S断开的瞬间开始计时，以下说法正确的是( )
A．t＝0时刻，电容器的左板带负电，右板带正电
B．t＝时刻，线圈L的感应电动势最大
C．t＝π时刻，通过线圈L的电流最大，方向向左
D．t＝时刻，电容器C两极板间电压最大
BD
【答案】：B、D
【解析】：没断开开关前，线圈与R串联，由于线圈的电阻不计，所以线圈两端的电压为零，电容器两极板上电荷量为零．此时通过线圈的电流自右向左，当断开开关时，开始给电容器充电，电流逐渐减小，经过个周期(t＝时刻)，充电电流减小到最小，此时电容器上电荷量最多(左板带正电，右板带负电)，线圈L的感应电动势最大．故选项A错，B正确．随后电容器放电，再经过T(即t＝π时刻)放电完毕，电流达到最大，从左向右通过线圈，故选项C错误．随后再充电，经过T(即t＝时刻)，充电完毕，此时电容器上电荷量最多，两极板间电压最大，故选项D正确．
例4、某LC振荡电路由一个电感量为L=25mH和一个半可调电容器C组成,电容器的可调范围为40～1000pF.试问此电路振荡过程中,在空中辐射的电磁波波长范围是多大
【答案】：振荡电路所辐射的电磁波长可在1884～9420m之间变化。
【解析】：
第四章 电磁振荡与电磁波
4.1 电磁振荡
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课导入
3 新课讲解
4 课堂小结
5 当堂小练
1.了解电磁振荡.
2.知道LC振荡电路中电荷量、电场、电流、磁场的动态变化情况及电场能与磁场能的转化情况.
3.知道电磁振荡的周期和频率，会用其分析、解释有关的简单问题.
学习目标
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？
问题：
？
新课导入
观察振荡电路中电压的波形
观察
把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。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。观察电脑显示器（或示波器）显示的电压的波形。
一、电磁振荡的产生
振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流。
振荡电路：能够产生振荡电流的电路。
想一想与交流电有何区别？
LC振荡电路：当开关置于线圈一侧时，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。
新课讲解
电容器充放电和线圈的自感现象共同作用产生的
电容器
具有充、放电作用
线圈
具有自感作用
－ － － －
L
+ + + +
C
UC
UL
LC电磁振荡的产生原理
电容器充电结束，两极板电荷量最大。
电容器开始放电，回路中电流从0开始逐渐增大。两极板电荷量减少。
自感线圈给电容器反向充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大。
电容器开始放电，回路中电流开始逐渐增大，两极板电荷量减少。
自感线圈再次给电容器反向充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大。
LC电磁振荡的产生过程
LC振荡电路电流的周期性变化
电容器极板上电荷量的周期性变化
1、LC电磁振荡过程中几个特殊时刻各参数的特征
LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：
(1)、两个物理过程：
放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→ i↑
充电过程：磁场能转化为电场能，q↑ → i↓
(2)、两个特殊状态：
充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小
放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小
2、LC电磁振荡的特点：
3、LC电磁振荡的变化规律：
(1)总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量
(2)电场能与磁场能交替转化
电场能
磁场能
充电
磁感强度B
电容器带电量ｑ
电路中电流ｉ
同步变化
同步变化
步调相反
两极间场强E
i
t
o
t
B
o
t
磁场能
o
q
t
o
E
t
o
4、LC电磁振荡过程中各参数的变化规律图像
电场能
t
o
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
二、电磁振荡中的能量变化
阻尼振荡和无阻尼振荡
1．无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，也叫做等幅振荡。
2．阻尼振荡：任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡。
（1）振荡电路中的能量损耗有一部分转化为内能（产生焦耳热），还有一部向外辐射出去而损失．
（2）如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡。
三、电磁振荡的周期和频率
1．周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，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。
LC电路的周期（频率）与哪些因素有关？
电容较大时，电容器充电、放电的时间长些还是短些？线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电时间长些还是短些？
根据上面的讨论结果，定性地讲，LC电路的周期（频率）与电容C、电感L的大小有什么关系？
3、LC回路的周期和频率公式
（1）式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz．
（2）适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路物周期和频率符合我们的需要．
T = f =
LC振荡电路中的振荡电流按正弦规律变化，电路的状态与相应的物理量对应.
电磁振荡分阻尼振荡和无阻尼振荡．
LC振荡电路中电磁振荡的固有周期回路的周期
固有频率
课堂小结
例1、（多选）对振荡电路，下列说法正确的是（ ）
B．振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为
A．振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的
时间为
C．振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化
周期为
D．振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化
周期为
当堂小练
【答案】：C D
【解析】：在一个周期内，电容器充电、放电各两次，每次充电或放电所用的时间为振荡周期的1/4．电场能与电场强度的方向无关，磁场能与磁感应强度的方向无关，因此在电磁振荡的一个周期内各出现两次最大值，即电场能或磁场能的变化周期为 ．电场、磁场、电荷的变化周期跟电流的变化周期相同．均为
例2、（多选）如图所示的振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路的电流正在增强则此时 （ ）
A．a点电势比b点低
B．电容器两极板间场强正在减小
C．电路中电场能正在增大
D．线圈中感应电动势正在减小
ABD
【答案】：A、B、D
【解析】：因为电路中电流正在增强，所以电容器处于放电过程，极板上的电荷不断减少，两板间的场强正不断减小，电场能也不断减小，由安培定则可判断断得此时电容器放电的电流方向由b经线圈到a，电容器的下板带正电、上极带负电，所以b点电势高于a点电势，电流增大时，电流的变化率（磁通量的变化率）减小，所以线圈中的自感电动势在减小．
例3、(多选)如图所示电路中，电容器的电容为C，电感线圈的自感为L，线圈的电阻忽略不计，原来开关S闭合，现从开关S断开的瞬间开始计时，以下说法正确的是( )
A．t＝0时刻，电容器的左板带负电，右板带正电
B．t＝时刻，线圈L的感应电动势最大
C．t＝π时刻，通过线圈L的电流最大，方向向左
D．t＝时刻，电容器C两极板间电压最大
BD
【答案】：B、D
【解析】：没断开开关前，线圈与R串联，由于线圈的电阻不计，所以线圈两端的电压为零，电容器两极板上电荷量为零．此时通过线圈的电流自右向左，当断开开关时，开始给电容器充电，电流逐渐减小，经过个周期(t＝时刻)，充电电流减小到最小，此时电容器上电荷量最多(左板带正电，右板带负电)，线圈L的感应电动势最大．故选项A错，B正确．随后电容器放电，再经过T(即t＝π时刻)放电完毕，电流达到最大，从左向右通过线圈，故选项C错误．随后再充电，经过T(即t＝时刻)，充电完毕，此时电容器上电荷量最多，两极板间电压最大，故选项D正确．
例4、某LC振荡电路由一个电感量为L=25mH和一个半可调电容器C组成,电容器的可调范围为40～1000pF.试问此电路振荡过程中,在空中辐射的电磁波波长范围是多大
【答案】：振荡电路所辐射的电磁波长可在1884～9420m之间变化。
【解析】：