4.1 电磁振荡 课件（20张PPT）

(共20张PPT)
第四章 电磁振荡和电磁波
1　电磁振荡
学习目标
1. 了解电磁振荡的概念，知道什么是振荡电流和LC振荡电路；
2. 理解振荡电流产生的过程和能量转化情况；
3. 知道什么是电磁振荡的周期和频率，知道LC电路的周期和频率公式。
知识梳理
1．振荡电流：大小和方向都做__________迅速变化的电流。
2．振荡电路：能产生____________的电路．由电感线圈L和电容器C所组成的电路就是最简单的振荡电路，称为______________(如图所示)。
一、电磁振荡的产生
周期性
振荡电流
LC振荡电路
3．振荡过程
(1)放电过程：开关抛向线圈一侧的瞬间，电路中没有电流，电容器两极板上的电荷最多．电容器开始放电后，由于线圈的________作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐________。放电完毕时，放电电流达到最大值，电容器极板上没有电荷。
(2)充电过程：电容器放电完毕时，由于线圈的________作用，电流并不会立即减小为0，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小。由于电流继续流动，电容器________，电容器两极板带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐________，充电完毕瞬间，电流减小为0，电容器极板上的电荷________。
自感
减少
自感
充电
增多
最多
4．电磁振荡
在LC振荡电路中，电路中的_________、电容器极板上的电荷量q、电容器里的_____________、线圈里的磁感应强度B，都在__________变化的现象。
电流i
电场强度E
周期性
二、电磁振荡中的能量变化
1．电容器放电过程：电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为__________，放电完毕瞬间，电场能全部转化为__________。
2．电容器充电过程：线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为__________，充电完毕瞬间，磁场能全部转化为__________。
3．实际的LC振荡电路能量：电路中有电阻，电路中总有一部分能量转化为内能，另外还会有一部分能量以__________的形式辐射出去。
磁场能
磁场能
电场能
电场能
电磁波
1．周期：电磁振荡完成一次______________需要的时间。
2．频率：电磁振荡完成______________的次数与所用时间之比。
3．周期和频率公式：T＝_______，f＝____________ 。
4．固有周期和固有频率：如果振荡电路没有____________，也不受其他外界影响时的周期和频率。
三、电磁振荡的周期和频率
周期性变化
周期性变化
能量损失
基础检测
1.判断
(1)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小。( )
(2)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大。 ( )
(3)LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍 ( )
(4)提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大。 ( )
答案：× √ × √
2.在LC振荡电路中，电容器C带的电荷量q随时间t变化的图像如图所示。1×10－6 s到2×10－6 s内，电容器处于_______ (填“充电”或“放电”)过程，该过程中_______能转化为________能。
充电
磁场
电场
3.(多选)关于LC回路中的振荡电流，下列说法正确的是( )
A.该电流是一种恒定电流
B .该电流的大小变化，方向恒定
C.该电流是与正弦交变电流相似的交流电流
D .该电流的频率可以比照明用正弦交流电的频率高
CD
合作学习
考点1　电磁振荡的理解
如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2。
(1)观察产生电磁振荡的实验，会看到什么现象？说明了什么？
(2)在LC振荡电路中，线圈中的磁场在增强时，电容器是在充电还是放电？
(3)在LC回路中为什么放电完毕时，电流反而最大？
(4)在LC振荡电路中，电压U与电流i之间的关系及变化是否遵循欧姆定律？为什么？
提示：
(1)观察到灵敏电流计指针在零点左右摆动，说明电路中产生了交变电流，即电路中电流的大小、方向做周期性的变化。
(2)磁场增强，说明电场能在减弱，说明电荷在减少，是放电过程。
(3)开始放电时，由于线圈的自感作用，放电电流不是突然变大，而是逐渐增大，随着线圈的阻碍作用减弱，放电电流逐渐增大。当放电完毕时，线圈的自感作用最弱，电流达到最大。
(4)不遵循欧姆定律。因为LC振荡电路是非纯电阻电路，分析振荡过程可知，当电容器两极板间电压最大时，回路中的电流反而是零。
知识归纳：振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能和磁场能之间的对应关系
a
c
q 减小
I 增大
q增大
I减小
q减小
I增大
q增大
I减小
q最大 I=0
q=0 I最大
q最大 I=0
q=0 I最大
b
d
(1)图像说明：
(2)图表说明：
时刻(时间) 工作过程 q E i B 能量
放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁
充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电
放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁
充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电
一个周期中，电容器放电、充电各两次。
放电过程：电场能→磁场能； q↓，i↑（从正极板流向负极板）
充电过程：磁场能→电场能； q↑，i↓（从负极板流向正极板）
例：如图所示，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，LC振荡电路工作时的周期为，在t＝0时断开电键K，则在0到这段时间内，下列叙述正确的是(　　)
A．电容器C放电，A板上正电荷逐渐减小，LC回路中电流逐渐增大，当t＝时电流达到最大
B．电容器C放电，A板上正电荷逐渐减少，LC回路中电流逐渐减小，t＝0时放电电流最大
C．电容器C被充电，B板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零
D．电容器C被充电，A板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零
C
例2：如图甲为LC振荡电路，其中图乙描绘的是流过电路中M点的电流随时间变化规律的图线，假设回路中电流顺时针方向为正.则下列说法正确的是（ ）
A.在第1 s末到第2 s末的过程中电容器正在向外电路放电
B.在第1 s末到第2 s末的过程中电容器的下极板带负电
C.在第2 s末到第3 s末的过程中M点的电势比N点的电势低
D.在第2 s末到第3 s末的过程中电路中电场能正在逐渐减小
CD
考点2：电磁振荡的周期和频率
由电磁振荡的周期公式T＝2π知，要改变电磁振荡的周期和频率，必须改变线圈的自感系数L或电容器的电容C。
影响线圈自感系数L的是：线圈的匝数、有无铁芯及线圈的横截面积和长度。匝数越多，自感系数L越大，有铁芯的自感系数比无铁芯的大。
影响电容器电容C的是：两极板正对面积S、两极板间介电常数εr以及两极板间距d，由C＝(平行板电容器电容)，不难判断εr、S、d变化时，电容C也变化。
影响电磁振荡的周期和频率的因素
例3： (多选)要增大LC振荡电路的频率，下列方法正确的是(　 　)
A．将正对着的电容器的两个极板错开些
B．增大电容器的充电电荷量
C．减少自感线圈的匝数
D．抽出自感线圈中的铁芯
ACD
例4：为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C 置于储罐中，电容C 可通过开关S 与电感L 或电源相连，如图所示。当开关从a 拨到b 时，由电感L 与电容C 构成的回路中产生振荡电流。现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，平行板电容器的电容与两极板间是否有电介质存在着确定的关系，当两极板间充入电介质时，电容增大。问：当储罐内的液面高度降低时，所测得的 LC 回路振荡电流的频率如何变化？
解：当罐中液面高度降低时，电容器极板间的介电常数变小，则电容器的电容C 减小，根据 ，可知测得的 LC 回路振荡电流的频率变高。