教科版高中物理选择性必修第二册第四章电磁振荡与电磁波1电磁振荡课件（40页ppt）

(共40张PPT)
第四章　电磁振荡与电磁波
1.电磁振荡
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核心素养：1.知道振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化情况及电场能与磁 场能的转化情况. 2.会求LC振荡电路的周期与频率. 3.探究电磁振荡过程中各物理量 的变化规律. 4.了解现代的实际电路中使用的振荡器.
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研习任务一　电磁振荡的产生及能量变化
合作　讨论
音叉的振动产生声音，但是要形成持续的声音，则需要不断地打击音叉.手机接 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？
提示：要产生持续变化的电流，可以通过电感线圈和电容器组成的LC振荡电路实现.
教材　认知
1. 振荡电流：大小和方向都随时间做 迅速变化的电流.
2. 振荡电路：产生 的电路.
3. LC振荡电路：由 和 组成的电路是最简单的振荡电路.
4. 电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容 器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在 地变化.这种现象就 是电磁振荡.
5. 阻尼振荡：振荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐 ，直到停 止振荡.阻尼振荡电流随时间变化的图像如图所示.
周期性　
振荡电流　
线圈L　
电容器C　
周期性　
减小　
6. 无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡将永远持续下去，振荡电 流的 永远保持不变.无阻尼振荡中电流随时间变化的图像如图所示.
振幅　
1. 各物理量随时间的变化图像
振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能EE和磁场能EB之间的对应关系.
　 　
图a 图b 图c
　
图d 图e
[理解]　
以逆时针方向电流为正
q为上极板的电荷量
2. 相关量与电路状态的对应情况
电路状态 a b c d e
时刻t 0 T
电荷量q 最多 0 最多 0 最多
电场能EE 最大 0 最大 0 最大
电流i 0 正向
最大 0 反向
最大 0
磁场能EB 0 最大 0 最大 0
3. 分类分析
（1）同步关系
在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、 电场能EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓（或q↑→E↑→EE↑）.
振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即： i↓→B↓→EB↓（或i↑→B↑→EB↑）.
（2）同步异变关系
在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB 是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同 步的，即：q、E、EE↑，i、B、EB↓.
研习　经典
A. 若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a
B. 若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上板带负电
C. 若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上板带正电
D. 若磁场正在增强，则电容器正在放电，电流方向由a向b
ABC
解析：若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b 向a，电场能增大，上极板带负电，故A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大， 是放电过程，电场能正在减少，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电， 故C正确，D错误.
名师点评
　　1. 判断电容器是充电还是放电，一般依据电流的方向，电流由正极板流出为放 电，向正极板流入为充电.
2. 判断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电荷量的增减.
对应　训练
A. 若甲电路中电流i正在增大，则该电路中电容器两端的电压必定在增大
B. 若乙电路中电流i正在增大，则该电路中电容器的电场方向必定向下
C. 若丙电路中电流i正在减小，则该电路中线圈周围的磁场必定在增强
D. 若丁电路中电流i正在减小，则该电路中电容器的电场方向必定向上
BD
解析：如果i正在增大，说明电容器放电，电压减小，对于题图乙，是从上极板流向 下极板，则说明上极板带正电，进而可判断电场方向必向下，故A错误，B正确；若i 在减小，则线圈周围的磁场一定在减弱，则说明是充电过程，在题图丁中，电流指向 下极板，故下极板必充上正电，上板带负电，电容器中电场强度方向向上，故C错 误，D正确.
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研习任务二　电磁振荡的周期和频率
合作　讨论
如图所示的电路.
（1）如果仅更换电感L更大的线圈，将开关S掷向1，E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？
提示：（1）自感电动势更大，“阻碍”作用更大，电流变化更 慢，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，放电时间是否相应地变 长？振荡周期T是否变长？
提示：（2）带电荷量增大，放电时间变长，周期变长.
教材　认知
1. 周期和频率：电磁振荡完成一次 需要的时间叫作周期；1 s内完成 周期性变化的 叫作频率.
2. 固有周期和固有频率：振荡电路里发生 振荡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.
周期性变化　
次数　
无阻尼　
F
研习　经典
A. 振荡周期T＝2 s，频率为0.5 Hz
B. 经过时间t＝0.5 s，电路中电流最小
C. 经过时间t＝1 s，磁场能达到最大
D. 放电过程中，电荷量有所损耗，振荡周期变小
A
名师点评
　　解决此类问题一定要熟悉振荡电路的变化过程，要知道怎么才算是一个变化周 期，必要的时候结合变化图像来解决.
对应　训练
A. 把电容增大到原来的4倍
B. 把电容增大到原来的2倍
D
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课堂强研习 合作学习 精研重难
课时作业（十三）
[基础训练]
A. 电容器内电场变化的频率为f
B. 电容器内电场变化的频率为2f
C. 电场能和磁场能转化的频率为f
D. 电场能和磁场能转化的频率为2f
解析：电场能和磁场能是标量，只有大小在做周期性变化，所以电场能和磁场能转化 的周期是电磁振荡周期的一半，转化的频率为电磁振荡频率的两倍；电容器内电场变 化的频率等于电磁振荡的频率.故选AD.
AD
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A. 调节可变电容，使电容增大为原来的4倍
C. 调节电感线圈，使线圈匝数增加到原来的4倍
B
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A. t1时刻，电容器的带电量最大
B. t2时刻，电路中的磁场能量最小
C. 从t2时刻到t3时刻电路中的电场能不断增大
D. 从t3时刻到t4时刻，电容器的带电量不断增大
解析：t1时刻，电路中电流最大，电容器的带电量最小，所以A错误；t2时刻，电路中 电流最小，电容器带电量最大，磁场能量最小，所以B正确；从t2时刻到t3时刻，电路 中电流变大，电场能在不断减小，所以C错误；从t3时刻到t4时刻，电路中电流逐渐减 小，电容器的带电量不断增大，所以D正确.
BD
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A. 振荡电流达到最大值时，电容器上的电荷量为零
B. 振荡电流达到最大值时，磁场能最大
C. 振荡电流为零时，电场能为零
D. 振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半
ABD
解析：由LC电路电磁振荡的规律知，振荡电流最大时，即是电容器放电刚结束时，电容器上电荷量为零，A正确；回路中电流最大时螺线管中磁场最强，磁场能最大，B正确；振荡电流为零时充电结束，极板上电荷量最大，电场能最大，C错误；由图可知电流相邻两次为零的时间间隔恰好等于半个周期，D正确.
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A. L中的电流方向不变
B. 灯泡D要过一会儿才熄灭
C. LC振荡电路将产生电磁振荡，刚断开瞬间，磁场能最大
D. 电容器将放电，电场能将转化为磁场能
解析：开关S断开后，LC振荡电路开始振荡.由于起振时线圈中有电流，故属于电感 起振，电容器开始充电，此时磁场能最大，电场能最小，磁场能将转化为电场能，故 C正确，D错误；线圈中的自感电动势阻碍电流的变化，所以L中的电流方向不变，故 A正确；断开S后，没有电流流过灯泡，灯泡立即熄灭，故B错误.
AC
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A. 此时电路中电容器正处于充电状态
B. 此时电路中电场能正在向磁场能转化
C. 每个周期内，电容器完成一次充放电过程
D. 电感线圈自感系数增大，则充电和放电过程会变慢
AD
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C
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A. 在t1时刻，电路中的电流最大
B. 在t2时刻，电路中的电流最大
C. 在t3时刻，电感线圈两端电压最大
D. t3～t4时间内，电路中的电流不断增大
A
解析：在t1时刻，极板上的电荷量为零，此时电容器放电完毕，电路中的电流最大， 故A正确；在t2时刻，极板上的电荷量最大，电路中的电流为零，故B错误；在t3时 刻，极板上的电荷量为零，此时电路中电流最大，电流的变化率为零，电感线圈两端 电压为零，故C错误；t3～t4时间内，极板上的电荷量不断增大，电路中的电流不断减 小，故D错误.故选A.
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[能力提升]
A. 单摆势能最大时，LC振荡电路中的电场能最大，磁场能为零
B. 单摆速度逐渐增大时，LC振荡电路中的电场能逐渐减小，磁场能逐渐增大
C. 单摆动能最大时，LC振荡电路的电容器刚放完电，电场能为零，电路中电流为零
D. 单摆速度逐渐减小时，LC振荡电路的电容器处于充电过程，电路中电流逐渐增大
AB
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解析：电场能为零时，磁场能达到最大，电路中电流最大，判断C错误；又因为电容 器处于充电过程，电路中电流逐渐减小，故D错误；对于A、B，首先要明确电路中的 电流与单摆的速度相对应，则一个周期内的变化情况如表：
相关物理量 时刻
t＝0（开始放电） t＝T
电流i、磁场能 零 最大 零 最大 零
电场能（E，q，U） 最大 零 最大 零 最大
速度v、动能 零 最大 零 最大 零
势能 最大 零 最大 零 最大
由表可知，第一组同步变化的是电流、磁场能和速度、动能；第二组同步变化的是电 场能和单摆的势能，故A、B正确.
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甲 乙
　
A B
D
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答案：（1）正电荷　
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（2）当t＝π×10－3 s时，LC回路中的电流大小.
答案：（2）0.5 A
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12. 实验室里有一水平放置的平行板电容器，知道其电容C＝1 μF，在两极板上带有 一定电荷时，发现一带负电的粉尘恰好静止在两极板间.手头上还有一个电感L＝0.1 mH的电感器，现连成如图所示电路，分析以下问题：（重力加速度为g）
（1）从S闭合时开始计时，至少经过多长时间电容器电场大小与开始计时相等而方向 向上？此时粉尘的加速度大小是多少？
答案：（1）π×10－5 s　2g　
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（2）从S闭合时开始计时，至少经过多长时间线圈中电流最大？此时粉尘的加速度大 小是多少？
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