4-1-电磁振荡-(教学课件)(共33张PPT)-高中物理人教版(2019)选择性必修第二册

(共33张PPT)
4.1 电磁振荡
一、电能的输送
输送电能的基本要求 可靠、保质、经济
二、降低输电损耗的两个途径
1)减小输电线电阻R
2)减小输电电流I
三、远距离输电原理图
什么叫机械振动，它有哪些重要的特点？
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：
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。
汉武帝
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
汉武帝
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
汉武帝
1、LC电磁振荡过程中几个特殊时刻各参数的特征
汉武帝
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：
汉武帝
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
汉武帝
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
汉武帝
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
典例精析
要使LC振荡电路的频率增大，可采用的方法是（　　）
A．减小电容器两极板上所带电荷量
B．增大电容器两极板间的距离
C．增大电容器两极板间的正对面积
D．减小电容器两极板间的距离
解析：要使LC振荡电路的频率增大，根据公式T=2π√LC ，可减小线圈的自感系数L或减小电容器的电容C；
A、减小电容器两极板上所带电荷量，不会改变电容大小，故A错误；
B、增大电容器两极板间的距离可以减小电容，故B正确；
C、增大电容器两极板的正对面积可以增加电容，故C错误；
D、减小电容器两极板间的距离，则增大电容，故D错误；
故选：B。
变式训练
利用所学物理知识，可以初步了解常用的公交一卡通（IC卡）的工作原理及相关问题。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。公交车上的读卡机（刷卡时“嘀”的响一声的机器）向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是（　　）
A．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
B．仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作
C．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流
D．IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息
解析：A、由题意可知，该能量来自于电磁感应，即人刷卡的机械能转化为电能；故A错误；
B、为了使IC卡中的感应电流达最大，应使LC电路产生电谐振，故只有发射特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作；故B正确；
C、若电磁波的频率偏离该频率，L中仍可出现感应电流，但不会达到电谐振；故C错误；
D、IC卡接收到读卡机发射的电磁波，同时将自身数据信息发送给读卡机进行处理；故D错误。
故选：B。
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
技法点拨：
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。
典例精析
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．电容器正在放电
C．磁场能正在向电场能转化
D．极板间的场强在减小
解析：通过图示电流方向，知电容器在充电，振荡电流减小，电容器上的电荷量正在增大，两极板间的场强在增大，磁场能正在向电场能转化。故C正确，A、B、D错误。
故选：C。
变式训练
在LC振荡电路中，下列说法正确的是（　　）
A．电感线圈中的电流最大时，电容器中电场能最大
B．电容器两极板间电压最大时，线圈中磁场能最大
C．在一个周期内，电容器充电一次，放电一次
D．在一个周期时间内，电路中的电流方向改变两次
解析：A、放电完毕时，回路中电流最大，磁场能最大，电场能最小，故A错误；
B、电容器两极板间电压最大时，电场能最大，线圈中磁场能最小，故B错误；
C、在一个周期内，电容器充电两次，放电两次，故C错误；
D、在一个周期时间内，电路中的电流方向改变两次，故D正确。
故选：D。
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。
随堂思考与讨论
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 =
典例精析
如图所示为理想LC振荡回路，某时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图，下列哪些说法是正确的（　　）
A．此时电容器正在放电
B．此时线圈中的磁场能在增加
C．若在线圈中插入铁芯，振荡电流的频率增大
D．若增大电容器极板间距，振荡电流的频率增大

变式训练
要使LC振荡电路的周期增大一倍，可采用的办法是（　　）
A．自感L和电容C都增大一倍
B．自感L和电容C都减少一半
C．自感L增大一倍且电容C减少一半
D．自感L减少一半且电容C增大一倍
解析：LC振荡电路的周期公式为T=2π√LC。
A、自感L和电容C都增大一倍，则T增大一倍，故A正确。
B、自感L和电容C都减少一半，则T变为原来的一半，故B错误。
CD、自感L增大一倍且电容C减少一半，自感L减少一半且电容C增大一倍，则T不变，故CD错误。
故选：A。
LC回路的周期和频率公式
技法点拨：
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
再见