4.1 电磁振荡 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（15张PPT）

(共15张PPT)
学习目标
1.知道什么是振荡电流和振荡电路。
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。
3.知道电磁振荡的周期和频率，并会进行相关的计算。
4.1 电磁振荡
按照如图连成电路，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。观察电脑显器显示的电压波形。
E
C
S
L
一、电磁振荡的产生—实验
1、以S接通2这一刻开始电容器通过线圈放电，线圈中的电流会瞬间增大吗？线圈中的电流怎样变化？
2、电容器放电完成，线圈中的电流会瞬间减小吗？线圈中的电流怎样变化？
电流I
0
t
+
-
电容器
电量Q
0
t
+
-
+
-
+
-
+
-
正向放电
正向充电
反向放电
反向充电
问题：电磁振荡中能量如何变化？
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。
磁场能
电场能
磁场能
电场能
(1)两个物理过程：
①放电过程:电场能转化为磁场能，q↓→ i↑
①充电完毕:电场能最大,磁场能最小.
②放电完毕:磁场能最大,电场能最小.
(2)两个特殊状态：
②充电过程:磁场能转化为电场能，q↑ → i↓
理想情况
能量有损耗
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。
内能
电磁波
实际情况
理想情况
问题：怎样描述振荡电流变化的快慢？
1.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。
（2）频率：1 s内完成的周期性变化的次数。
（3）振荡电路里在不受其他外界条件影响下发生无阻尼振荡时的周期和频率叫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。
思考：LC电路的周期（频率）与电容 C、电感L有什么样的关系？
t
i
0
三、电磁振荡的周期和频率—概念
如图所示的电路，
自感电动势更大，“阻碍”作用更大，振荡周期变长。
(1)如果仅更换电感L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期T会怎样变化？
带电荷量增大，放电时间变长，振荡周期变长。
(2)如果仅更换电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否变长？振荡周期是否变长？
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。
注意：①在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；
②电场能（或磁场能）完成两次周期性变化。
三、电磁振荡的周期和频率—规律
电磁振荡
LC振荡电路
振荡过程
描述物理量
放电
充电
周期
频率
课堂总结
1、 (多选)如图所示，LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则(　　)
A.B板带正电
B.A、B两板间的电压在减小
C.电容器C正在充电
D.电场能正在转化为磁场能
2、LC振荡电路中电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图所示，则(　　)
A.在t1时刻，电路中的电流最大
B.在t2时刻，电路中的磁场能最小
C.从t2～t3，电路中的电场能不断增大
D.从t3～t4，电容器的带电荷量不断增大
3、为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法可采取的是(　　)
A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯
B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数
C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯
D.减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数