(共13张PPT)
1.振荡电流和振荡电路
(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。由电感线圈L和电容器C组成的电路是最
简单的振荡电路,称为LC振荡电路。
2.LC振荡电路的振荡过程
(1)放电过程
电容器刚要放电时,电容器里的电场最强,电路里的能量全部储存在电容器的电场中;电
容器开始放电后,由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减
必备知识 清单破
1 电磁振荡
知识点 1 电磁振荡的产生和能量变化
少,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为磁场能;放电完毕时,放
电电流达到最大值,电场能全部转化为磁场能。
(2)充电过程
电容器放电完毕时,由于线圈的自感作用,电流会保持原来的方向并逐渐减小,电容器将
进行反方向充电,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,
反方向充电完毕时,电流减小为零,电容器极板上的电荷最多,磁场能全部转化为电场能。
此后,这样充电和放电的过程反复进行下去。
导师点睛 (1)振荡电流是充、放电电流。
(2)振荡电流实际上就是交变电流,习惯上指频率很高的交变电流。
3.电磁振荡
电容器不断地充电和放电,电路中就出现了大小、方向都在变化的电流,即出现了振荡
电流。在整个过程中,电路中的电流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,都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。
4.电磁振荡中的能量变化
(1)电容器开始放电后,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为磁
场能。
(2)电容器充电时,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场
能。
(3)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。
(4)由于电路的电阻及电磁波辐射,振荡电路中的能量会逐渐减少,振荡电流的振幅也就逐渐
减小。实际电路中由电源通过电子器件为LC电路补充能量,得到振幅不变的等幅振荡。
1.周期T:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
2.频率f:电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率,数值等于单位时间
内完成的周期性变化的次数。
3.LC振荡电路的周期(频率)公式
(1)周期公式:T=2π
(2)频率公式:f=
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)。
知识点 2 电磁振荡的周期和频率
知识辨析
1.振荡电流是交变电流吗
2.在LC振荡电路中,已知电容器的电容为C,振荡电流i=Im sin ωt,则此电路中线圈的自感系数
是多少
3.提高充电电压,极板上带更多的电荷时,能使振荡周期变大吗
一语破的
1.是。振荡电流大小和方向都做周期性迅速变化,故属于交变电流。
2.ω= = ,则L= 。
3.不能。电磁振荡的周期与电容器极板上所带电荷量无关。
1.电磁振荡过程分析
LC电路中电磁振荡规律可用图表示:(图中↑表示增大,↓表示减小)
关键能力 定点破
定点 1 电磁振荡的产生及物理量的变化
2.LC电路中各量间的对应关系及其变化规律
电磁振荡中的电流i、极板间电压u、极板上的电荷量q、电场强度E、电场能EE、磁感应强
度B、磁场能EB随时间变化的规律及各量之间的对应关系,如图所示。
典例 如图所示的振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向向上【1】,且电路中的电流正在
增强【2】,则此时 ( )
A.a点电势比b点电势高
B.电容器两极板间场强正在增大
C.电路中电场能正在增大
D.线圈中磁场能正在增大
典例
D
信息提取
思路点拨
解析 结合图中磁场的方向,根据安培定则可知,电流方向从b到a,此时电流正在增强,表明电
容器正在放电,所以下极板带正电,上极板带负电,a点电势比b点电势低,电容器两极板间场强
正在减小,电场能在减小,电流增大,线圈中磁场能正在增大。故D正确, A、B、 C错误。
1.固有周期和固有频率
如果没有能量损耗,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。
2.影响电磁振荡的周期和频率的因素
(1)LC振荡电路的周期T=2π 和频率f= 只与线圈的自感系数L和电容器的电容C有
关,与其他因素无关。
(2)电容C与两极板正对面积S、板间距离d及两极板间电介质的相对介电常数εr有关,即根据
C= 判断;线圈的自感系数L与线圈的大小、形状、匝数,以及有无铁芯等因素有关。
定点 1 LC 振荡电路的周期和频率
3.LC振荡电路中各物理量的周期
(1)电感线圈和电容器在LC振荡电路中是能量的转换器,自感系数L或电容C越大,能量转换时
间越长,故周期也越长。
(2)电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC
振荡电路的振荡周期T=2π ,在一个周期内,上述各量方向改变两次;电容器极板上所带的
电荷量,其变化周期也是振荡周期T=2π ,极板上电荷的电性在一个周期内改变两次;电场
能、磁场能也在做周期性变化,但是它们的变化周期是振荡周期的一半,即T'= =π 。第四章 电磁振荡与电磁波
1 电磁振荡
基础过关练
题组一 电磁振荡的产生
1.(教材习题改编)一个LC电路产生电磁振荡。以横坐标轴表示时间,纵坐标轴既表示电流又表示电压,在同一坐标系内,从某一次放电开始,画出该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的i-t图像和u-t图像,下列图像正确的是 ( )
2.(经典题)无线话筒是LC振荡电路的一个典型应用。在LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图所示,且电容器上极板带正电,下列说法正确的是 ( )
A.电容器所带的电荷量正在逐渐增加
B.电流流向为由a到b
C.极板间的电场强度正在逐渐减小
D.磁场能正在逐渐增加
题组二 电磁振荡中的能量变化
3.一个LC电路产生电磁振荡。从某一次放电开始,电容器两极板间电压和电路中电流随时间变化的u-t图像和i-t图像如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.t1~t2时间内电场能在增大
B.t3~t4时间内磁场能在增大
C.在t3时刻,磁场能最大
D.在t4时刻,电场能最大
4.如图所示,某物理学习小组成员把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关连成LC振荡电路,L是直流电阻可以忽略的电感线圈。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,并开始计时,已知LC振荡电路的振荡周期为T,则在~时间内 ( )
A.电容器在充电
B.磁场能转化为电场能
C.电流在不断增大
D.电容器上极板所带的负电荷增加
题组三 电磁振荡的周期和频率
5.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率,可采用的方法是 ( )
A.增加线圈的匝数
B.在线圈中插入铁芯
C.增大电容器两极板的板间距离
D.增大电容器两极板的正对面积
6.(教材习题改编)某收音机中的LC电路由可调电感的线圈与固定电容器组成,能够产生560 kHz~1 680 kHz的电磁振荡。可调电感线圈的最大电感和最小电感之比是 ( )
A.3∶1 B.6∶1 C.2∶1 D.9∶1
答案与分层梯度式解析
第四章 电磁振荡与电磁波
1 电磁振荡
基础过关练
1.A 振荡电路的电压、电路中的电流发生周期性变化。刚开始放电时,即t=0时刻,电容器两极板所带电荷量、板间电压最大,电路中电流为零,故A正确。
2.A 根据安培定则可知,电流流向为由b到a,由于电容器上极板带正电,下极板带负电,故电容器正在充电(破题关键),电荷量正在逐渐增加,电场增强,磁场减弱,磁场能正在逐渐减弱。故选A。
方法技巧 若电流流向负极板,则为放电过程;若电流流向正极板,则为充电过程。若题目已知电流产生的磁场的方向,则根据安培定则判断出电流的方向,然后可判断出是充电过程还是放电过程。
3.B 由图甲可知,t1~t2、t3~t4时间内电容器两极板间电压增大,则电场能增大,在t2、t4时刻,电容器两极板间电压最大,则电场能最大;由图乙可知,0~t1、t2~t3时间内电路中电流增大,则电流产生的磁场增强,磁场能增大,在t1、t3时刻,电路中电流最大,则磁场能最大,故A、C、D说法正确,B说法错误。故选B。
导师点睛 在电磁振荡中,电流对应磁场能,电流最大时磁场能最大;电容器所带电荷量对应电场能,电容器所带电荷量最大时电场能最大。电流为零,磁场能最小;电流从零逐渐增大到最大的过程中,磁场能增大,电场能减小;电流从最大逐渐减小到零的过程中,磁场能减小,电场能增大。
4.C 从开始计时起,在0~时间内,电容器上极板带正电且在放电,电流沿逆时针方向;在~时间内,电容器反向充电,下极板带正电;在~时间内,电容器反向放电,上极板带负电且电荷量减小,电流不断增大,电场能转化为磁场能。故选C。
5.C LC振荡电路的周期为T=2π,频率为f=,电容器的电容决定式为C=,若增加线圈的匝数,或在线圈中插入铁芯,都会使线圈的自感系数L增大(破题关键),振荡电路周期增大,频率减小,故A、B错误;增大电容器两极板的板间距离,电容减小,振荡电路周期减小,频率增大,故C正确;增大电容器两极板的正对面积,电容增大,振荡电路周期增大,频率减小,故D错误。故选C。
导师点睛 在LC振荡电路中,若振荡过程中无能量损失,也不受其他外界条件影响,此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,其大小只与电感L和电容C有关。
6.D 由LC振荡电路固有频率公式f=,解得L=,所以===,故D正确。
7
