4.1 电磁振荡 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共25张PPT)
文档属性
| 名称 | 4.1 电磁振荡 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共25张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-11 22:17:02 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
第1节 电磁振荡
第四章 交变电流
在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要。从移动电话到广播电视，从互联网到航空导航，从卫星遥感到宇宙探测，它们的工作和运行都要利用电磁波。
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？
1.知道振荡电流、振荡电路、LC回路的概念。
2.LC回路中振荡电流的产生过程。
3.知道电磁振荡的周期和频率。
知识点一：电磁振荡的产生
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。
E
C
S
L
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
E
C
S
L
①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。
视频：振荡电路中电压的波形
现象：电路中的电压发生周期性的变化，且逐渐减小
1.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。
2.振荡电路：产生振荡电流的电路叫作振荡电路。
E
C
S
L
3. 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。
4. 振荡电路的工作原理
（1）电容器充电结束
电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多，电场 E最强，磁场 B 为0。
－
L
C
＋
E
①电容器开始放电，由于线圈的自感作用，电流从0开始逐渐增大，两极板电荷量减少，电场 E减弱，磁场 B增强。
电场能转化为磁场能。
（2）电容器放电过程
L
C
②电容器放电结束
电场能完全转化为磁场能，磁场能最大，电场能最小，电流最大，电流由正极板流向负极板。
＋
－
（3）充电过程
L
C
－
＋
①自感线圈给电容器反向充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐增多，电流减小，电流由负极板流向正极板。
反向充电的过程中，磁场能转化为电场能 。
反向充电
②充电完毕
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。
电场 E最强，磁场B为0。
（4）放电过程
①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，电场 E减弱，电流增大，电流由正极板流向负极板，磁场 B增强，电场能转化为磁场能 。
L
C
②放电完毕
电量为0，电场为0，电流 最大，电流正极板流向负极板，磁场 B最强。
（5）充电过程
－
L
C
＋
①自感线圈再次给电容器反向充电，电量增大，电场 E增强，电流减小，电流由负极板流向正极板磁场 B减弱，磁场能转化为电场能 。
②充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大的状态，此后电容器再放电、再充电。
－
L
C
＋
放电
i＝0 q最大
－
L
C
＋
反向
充电
i＝0 q最大
放电
i最大 q=0
充电
L
C
i最大 q=0
L
C
电磁振荡过程:如图往复循环进行周期性的变化。
i
O
t
q
O
t
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
一个周期中，电容器放电、充电各两次，电容器带电量ｑ和电路中电流ｉ步调相反
5.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。
6.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。
1．在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．回路中电流值最大时，回路中电场能最大
B．电容器充电完毕时，回路中磁场能最少
C．回路中电流减小时，电容器上电荷量也减少
D．回路中磁场能减少时，回路中电流值增大
B
练一练
2 . LC振荡电路中，某时刻线圈的磁场方向如图所示，则下列说法中错误的是（ ）
A
A．若线圈的磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中的电流正在增大
D．若电容器正在放电，则线圈的自感电动势正在阻碍电流增大
知识点二：电磁振荡中的能量变化
i
O
t
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。
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。
t
i
0
2.阻尼振荡
（1）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。
t
i
0
（2）阻尼振荡产生的原因
这是由于电路都有电阻，电路中就会
有一部分能量会转化为内能。
另外，还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。
说明：如果能够适时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡，实际电路中由电源通过电子器件为LC 电路补充能量。
知识点三：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叫作周期。
2.频率
周期的倒数叫作频率，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。
电容越大、电感越大、周期就越大，放电时间就越长，这是因为当电容器两极板间的电压一定时，电容越大，所储存的电荷量就越多，充放电所需的时间就越长，周期就越大;电感L越大，产生的自感电，动势就越大，对电流变化的阻碍作用就越大，从而充、放电时间就越长，周期就越大。
3. LC回路的周期和频率公式
式中的周期 T、频率 f、电感 L、电容 C 的单位分别是秒 （s）、赫兹 （Hz）、亨利 （H）、法拉 （F）。
注意：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。
（1）LC回路的周期
（2）LC回路的频率
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
1. (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
练一练
BD
电磁振荡的产生
电磁振荡
LC振荡电路
振荡电路的工作原理
电磁振荡中的能量变化
电场能和磁场能会发生周期性的转化
无阻尼振荡
阻尼振荡
电磁振荡的周期和频率
第1节 电磁振荡
第四章 交变电流
在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要。从移动电话到广播电视，从互联网到航空导航，从卫星遥感到宇宙探测，它们的工作和运行都要利用电磁波。
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？
1.知道振荡电流、振荡电路、LC回路的概念。
2.LC回路中振荡电流的产生过程。
3.知道电磁振荡的周期和频率。
知识点一：电磁振荡的产生
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。
E
C
S
L
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
E
C
S
L
①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。
视频：振荡电路中电压的波形
现象：电路中的电压发生周期性的变化，且逐渐减小
1.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。
2.振荡电路：产生振荡电流的电路叫作振荡电路。
E
C
S
L
3. 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。
4. 振荡电路的工作原理
（1）电容器充电结束
电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多，电场 E最强，磁场 B 为0。
－
L
C
＋
E
①电容器开始放电，由于线圈的自感作用，电流从0开始逐渐增大，两极板电荷量减少，电场 E减弱，磁场 B增强。
电场能转化为磁场能。
（2）电容器放电过程
L
C
②电容器放电结束
电场能完全转化为磁场能，磁场能最大，电场能最小，电流最大，电流由正极板流向负极板。
＋
－
（3）充电过程
L
C
－
＋
①自感线圈给电容器反向充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐增多，电流减小，电流由负极板流向正极板。
反向充电的过程中，磁场能转化为电场能 。
反向充电
②充电完毕
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。
电场 E最强，磁场B为0。
（4）放电过程
①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，电场 E减弱，电流增大，电流由正极板流向负极板，磁场 B增强，电场能转化为磁场能 。
L
C
②放电完毕
电量为0，电场为0，电流 最大，电流正极板流向负极板，磁场 B最强。
（5）充电过程
－
L
C
＋
①自感线圈再次给电容器反向充电，电量增大，电场 E增强，电流减小，电流由负极板流向正极板磁场 B减弱，磁场能转化为电场能 。
②充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大的状态，此后电容器再放电、再充电。
－
L
C
＋
放电
i＝0 q最大
－
L
C
＋
反向
充电
i＝0 q最大
放电
i最大 q=0
充电
L
C
i最大 q=0
L
C
电磁振荡过程:如图往复循环进行周期性的变化。
i
O
t
q
O
t
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
一个周期中，电容器放电、充电各两次，电容器带电量ｑ和电路中电流ｉ步调相反
5.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。
6.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。
1．在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．回路中电流值最大时，回路中电场能最大
B．电容器充电完毕时，回路中磁场能最少
C．回路中电流减小时，电容器上电荷量也减少
D．回路中磁场能减少时，回路中电流值增大
B
练一练
2 . LC振荡电路中，某时刻线圈的磁场方向如图所示，则下列说法中错误的是（ ）
A
A．若线圈的磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中的电流正在增大
D．若电容器正在放电，则线圈的自感电动势正在阻碍电流增大
知识点二：电磁振荡中的能量变化
i
O
t
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。
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。
t
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0
2.阻尼振荡
（1）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。
t
i
0
（2）阻尼振荡产生的原因
这是由于电路都有电阻，电路中就会
有一部分能量会转化为内能。
另外，还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。
说明：如果能够适时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡，实际电路中由电源通过电子器件为LC 电路补充能量。
知识点三：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叫作周期。
2.频率
周期的倒数叫作频率，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。
电容越大、电感越大、周期就越大，放电时间就越长，这是因为当电容器两极板间的电压一定时，电容越大，所储存的电荷量就越多，充放电所需的时间就越长，周期就越大;电感L越大，产生的自感电，动势就越大，对电流变化的阻碍作用就越大，从而充、放电时间就越长，周期就越大。
3. LC回路的周期和频率公式
式中的周期 T、频率 f、电感 L、电容 C 的单位分别是秒 （s）、赫兹 （Hz）、亨利 （H）、法拉 （F）。
注意：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。
（1）LC回路的周期
（2）LC回路的频率
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
1. (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
练一练
BD
电磁振荡的产生
电磁振荡
LC振荡电路
振荡电路的工作原理
电磁振荡中的能量变化
电场能和磁场能会发生周期性的转化
无阻尼振荡
阻尼振荡
电磁振荡的周期和频率