人教版 选修3-4 第十四章 第二节 电磁振荡 学案
文档属性
| 名称 | 人教版 选修3-4 第十四章 第二节 电磁振荡 学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 67.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-04-27 06:48:12 | ||
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文档简介
第十四章 电磁波
2.电磁振荡
【学习目标】
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．知道在电磁振荡过程中，LC回路中的能量转化情况。
4．知道电磁振荡的周期和频率。
【重点难点】
对振荡电路，振荡电流基本概念的理解和电磁振荡现象的认识，电场能和磁场能的转化过程；LC回路产生电磁振荡
【课前预习】
1.如右图所示，充电后的电容器与线圈构成振荡电路，因电容器和线圈的共同作用在闭合回路中产生了大小和方向都做周期性迅速变化的振荡电流。
2.在振荡电路中，充电结束时，电容器的极 ( http: / / www.21cnjy.com )板上的电量最多，电路中电流最小，电场能最大，磁场能最小；放电结束时，电容器的极板上的电量为零，电路中电流最大，电场能最小，磁场能最大。
3.如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，在实际的有能量损失的电路中，通过晶体管等电子为振荡电路补充能量，以实现等幅振荡。
4.无能量损失或不受外界影响，电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间称为固有周期，表达式T=，1s内完成周期性变化的次数称为固有频率，表达式f=。
【预习检测】
1、当LC振荡电路中电流达到最大值时，下列叙述中正确的是（ ）。
A.磁感应强度和电场强度都达到最大值
B.磁感应强度和电场强度都为零
C.磁感应强度最大而电场强度为零
D.磁感应强度是零而电场强度最大
2、下图为LC振荡电路中电容器板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知（ ）。
A.在t1时刻，电路中的磁场最小
B.从t1到t2，电路中的电流值不断变小
C.从t2到t3，电容器不断充电
D.在t4时刻，电容器的电场能最小
3、在LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图所示.
A.若磁场正在减弱,则电容器的A板带负电.
B.若电容器正在放电,则电容器A板带负电.
C.若电路中电流正在增大,则电容器A板电量正在减少.
D.若电容器正在放电, 则自感电动势正在阻碍电流减小.
【参考答案】
【预习检测】
1.C 2.A、C、D 3.A、C
堂中互动▲
【典题探究】
例1关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是( )
A.振荡电流最大量，电容器两极板间的电场强度最大
B.振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零
C.振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化成电场能
D.振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能
解析：振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬 ( http: / / www.21cnjy.com )间，场强为零，A选项错；振荡电流为零时，LC回路振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流强度变化率最大，线圈中自感电动势最大，B选项错；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C选项错；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D选项对.
拓展 磁场能与电流i对应，电场能与电荷量q对应，在等幅振荡中，磁场能与电场能的总量保持不变.
例2 LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A.若磁场正在减弱，慢电容器上极板带正电
B.若电容器正在充电，慢电容器下极板带正电
C.若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
解析：由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，可分两种情况讨论.
（1）若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C选项对A选项错；
（2）若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B选项对，由楞次定律可判定D选项对.
拓展 要正确理解电磁振荡过程中线圈中电流和 ( http: / / www.21cnjy.com )两端电压（即电容器两极板间电压）的变化关系，一定要注意克服由欧姆定律所形成的电路中电流和其两端电压成正比的思维定势.因为在电磁振荡中，阻碍线圈中电流变化的是线圈中产生的自感电动势而不是电阻.而自感电动势只是阻碍电流的变化，并不能阻止电流的变化.
例3 LC回路电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示，则（ ）
A.在时刻t1，电路中的电流最大
B.在时刻t2，电路中的磁场能最大
C.从时刻t2至t3，电路的电场能不断增大
D.从时刻t3至t4，电容器带的电荷量不断增大
解析：本题考查对LC振荡电 ( http: / / www.21cnjy.com )路中各物理量振荡规律的理解.由前面所述可知，t1时刻电容器两端电压最高时，电路中振荡电流为零，t2时刻电容器两端电压为零，电路中振荡电流最强、磁场能最多，故选项A错误，B选项正确.在t2至t3的过程中，从图可知，电容器两极板间电压增大，必有电场能增加，选项C正确.而在t3至t4的过程中，电容器两极板间电压减小，带的电荷量同时减少，选项D错误.
拓展 电流跟磁场对应，电荷量跟电场对应 ( http: / / www.21cnjy.com )，而电压跟电荷量变化趋向一致，故据图示电压的变化可得到磁场能的变化.由能量守恒得电场能的变化，再据电流与电场能的对应关系得电流的变化.
例4 如图所示，L为一电阻可忽 ( http: / / www.21cnjy.com )略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯D正常发光，现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电量q随时间变化的图象是下图中的哪一个（图中q为正值表示a极板带正电）( )
( http: / / www.21cnjy.com )
解析：确定a极板上电荷量q的起始状 ( http: / / www.21cnjy.com )态，再确定第一个四分之一周期内的变化情况.S处于接通状态时，电流稳定，因忽略L的电阻，电容器两极板间的电压为零.电荷量为零，S断开，D灯熄灭，LC组成的回路将产生电磁振荡.由于线圈的自感作用，在0≤t≤T/4时间段内，线圈产生的自感电动势给电容器充电，电流方向与原线圈中的电流方向相同，电流值从最大逐渐减小到零，但电荷量却从零逐渐增加到最大，在T/4时刻充电完毕，电流值为零而极板上的电荷量最大.但b板带正电，a板带负电，所以选项B正确.
拓展 “L为一电阻可忽略的线圈”，这一条件决 ( http: / / www.21cnjy.com )定了开关S断开前线圈两端的电压为零，电容器极板上的起始电荷量为零，因为电容器的电势差与电感线圈两端的电势差相等.不注意这一条件，就会误认为a板的起始电荷量为正而误选C选项.
2.电磁振荡
【学习目标】
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．知道在电磁振荡过程中，LC回路中的能量转化情况。
4．知道电磁振荡的周期和频率。
【重点难点】
对振荡电路，振荡电流基本概念的理解和电磁振荡现象的认识，电场能和磁场能的转化过程；LC回路产生电磁振荡
【课前预习】
1.如右图所示，充电后的电容器与线圈构成振荡电路，因电容器和线圈的共同作用在闭合回路中产生了大小和方向都做周期性迅速变化的振荡电流。
2.在振荡电路中，充电结束时，电容器的极 ( http: / / www.21cnjy.com )板上的电量最多，电路中电流最小，电场能最大，磁场能最小；放电结束时，电容器的极板上的电量为零，电路中电流最大，电场能最小，磁场能最大。
3.如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，在实际的有能量损失的电路中，通过晶体管等电子为振荡电路补充能量，以实现等幅振荡。
4.无能量损失或不受外界影响，电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间称为固有周期，表达式T=，1s内完成周期性变化的次数称为固有频率，表达式f=。
【预习检测】
1、当LC振荡电路中电流达到最大值时，下列叙述中正确的是（ ）。
A.磁感应强度和电场强度都达到最大值
B.磁感应强度和电场强度都为零
C.磁感应强度最大而电场强度为零
D.磁感应强度是零而电场强度最大
2、下图为LC振荡电路中电容器板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知（ ）。
A.在t1时刻，电路中的磁场最小
B.从t1到t2，电路中的电流值不断变小
C.从t2到t3，电容器不断充电
D.在t4时刻，电容器的电场能最小
3、在LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图所示.
A.若磁场正在减弱,则电容器的A板带负电.
B.若电容器正在放电,则电容器A板带负电.
C.若电路中电流正在增大,则电容器A板电量正在减少.
D.若电容器正在放电, 则自感电动势正在阻碍电流减小.
【参考答案】
【预习检测】
1.C 2.A、C、D 3.A、C
堂中互动▲
【典题探究】
例1关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是( )
A.振荡电流最大量，电容器两极板间的电场强度最大
B.振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零
C.振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化成电场能
D.振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能
解析：振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬 ( http: / / www.21cnjy.com )间，场强为零，A选项错；振荡电流为零时，LC回路振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流强度变化率最大，线圈中自感电动势最大，B选项错；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C选项错；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D选项对.
拓展 磁场能与电流i对应，电场能与电荷量q对应，在等幅振荡中，磁场能与电场能的总量保持不变.
例2 LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A.若磁场正在减弱，慢电容器上极板带正电
B.若电容器正在充电，慢电容器下极板带正电
C.若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
解析：由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，可分两种情况讨论.
（1）若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C选项对A选项错；
（2）若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B选项对，由楞次定律可判定D选项对.
拓展 要正确理解电磁振荡过程中线圈中电流和 ( http: / / www.21cnjy.com )两端电压（即电容器两极板间电压）的变化关系，一定要注意克服由欧姆定律所形成的电路中电流和其两端电压成正比的思维定势.因为在电磁振荡中，阻碍线圈中电流变化的是线圈中产生的自感电动势而不是电阻.而自感电动势只是阻碍电流的变化，并不能阻止电流的变化.
例3 LC回路电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示，则（ ）
A.在时刻t1，电路中的电流最大
B.在时刻t2，电路中的磁场能最大
C.从时刻t2至t3，电路的电场能不断增大
D.从时刻t3至t4，电容器带的电荷量不断增大
解析：本题考查对LC振荡电 ( http: / / www.21cnjy.com )路中各物理量振荡规律的理解.由前面所述可知，t1时刻电容器两端电压最高时，电路中振荡电流为零，t2时刻电容器两端电压为零，电路中振荡电流最强、磁场能最多，故选项A错误，B选项正确.在t2至t3的过程中，从图可知，电容器两极板间电压增大，必有电场能增加，选项C正确.而在t3至t4的过程中，电容器两极板间电压减小，带的电荷量同时减少，选项D错误.
拓展 电流跟磁场对应，电荷量跟电场对应 ( http: / / www.21cnjy.com )，而电压跟电荷量变化趋向一致，故据图示电压的变化可得到磁场能的变化.由能量守恒得电场能的变化，再据电流与电场能的对应关系得电流的变化.
例4 如图所示，L为一电阻可忽 ( http: / / www.21cnjy.com )略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯D正常发光，现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电量q随时间变化的图象是下图中的哪一个（图中q为正值表示a极板带正电）( )
( http: / / www.21cnjy.com )
解析：确定a极板上电荷量q的起始状 ( http: / / www.21cnjy.com )态，再确定第一个四分之一周期内的变化情况.S处于接通状态时，电流稳定，因忽略L的电阻，电容器两极板间的电压为零.电荷量为零，S断开，D灯熄灭，LC组成的回路将产生电磁振荡.由于线圈的自感作用，在0≤t≤T/4时间段内，线圈产生的自感电动势给电容器充电，电流方向与原线圈中的电流方向相同，电流值从最大逐渐减小到零，但电荷量却从零逐渐增加到最大，在T/4时刻充电完毕，电流值为零而极板上的电荷量最大.但b板带正电，a板带负电，所以选项B正确.
拓展 “L为一电阻可忽略的线圈”，这一条件决 ( http: / / www.21cnjy.com )定了开关S断开前线圈两端的电压为零，电容器极板上的起始电荷量为零，因为电容器的电势差与电感线圈两端的电势差相等.不注意这一条件，就会误认为a板的起始电荷量为正而误选C选项.