课件34张PPT。第三章 电磁振荡、电磁波1．电磁振荡23振荡电流的产生、电磁振荡4正弦(或余弦) 56大小 方向 振荡电流 振荡电流 线圈L 电容器C 7电荷量 电流 电场强度 磁感应强度 周期性 8√×91011121314151617阻尼振荡与电磁振荡的周期、频率18没有 不变 有 减小 19周期性变化 次数 固有周期 固有频率 2021
√√×222324252627282930313233点击右图进入…Thank you for watching !
1．电磁振荡
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道什么是LC振荡电路和振荡电流.
2.知道LC回路中振荡电流的产生过程．(难点)
3.知道电磁振荡产生过程中LC回路中能量的转化转换过程，知道阻尼振荡和无阻尼振荡．(重点、难点)
4.知道电磁振荡的周期和频率以及它们在LC回路中的公式，并能够进行简单计算．(重点)
知识点一| 振荡电流的产生、电磁振荡
1．振荡电流的产生
(1)把自感线圈L、电容器C、示波器、电池组E、小电阻R和单刀双掷开关S按照图连接成电路，先把开关S扳到1，让电容器充电，稍后再扳到2，让电容器通过线圈放电．在示波器的屏上可以看到电流随时间变化的曲线是正弦(或余弦)曲线．
振荡电路
(2)振荡电流
大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流称为振荡电流．
(3)振荡电路：能够产生振荡电流的电路叫振荡电路．
(4)LC回路：由线圈L和电容器C组成的电路是最简单的振荡电路．
2．电磁振荡
在电磁振荡过程中，电容器极板上的电荷量、极板间的电压、电路中的电流以及电容器两极板间的电场强度、线圈里的磁感应强度都随时间发生周期性变化的现象，电场能和磁场能同时发生周期性的相互转化．
1．放电时，由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大． (√)
2．振荡电流的大小变化，方向不变． (×)
LC振荡电路在充电过程中极板上的电荷量逐渐增加，充电电流如何变化？
【提示】 随电容器上充电电荷的增多，充电电流逐渐减小．
1．相关物理量与电路状态的对应情况
电路状态
时间t
电荷量q
电场能
电流i
磁场能
0
最多
最大
0
0
T/4
0
0
正向最大
最大
T/2
最多
最大
0
0
T
0
0
负向最大
最大
T
最多
最大
0
0
2.用图像对应分析i、q的变化关系，如图
1.LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则( )
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，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
E．若电容器放电，则磁场能转化为电场能
【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，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误；若电容器放电，则电场能转化为磁场能，E错误．
【答案】 ABC
2．在如图所示的振荡电流的图像中，表示电容器充电过程的有________；线圈中有最大电流的点是________；电场能转化为磁场能的过程有________．
【解析】 根据i-t图像，充电过程有a―→b、c―→d、e―→f，线圈中有最大电流的点是a、c、e，电场能转化为磁场能的过程有b―→c、d―→e.
【答案】 a―→b、c―→d、e―→f a、c、e b―→c、d―→e
LC振荡电路充、放电过程的判断方法
1．根据电流流向判断，当电流流向带正电的极板时，处于充电过程；反之，处于放电过程．
2．根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电量q(U、E)增大时，处于充电过程；反之，处于放电过程．
3．根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电．
知识点二| 阻尼振荡与电磁振荡的周期、频率
1．无阻尼振荡和阻尼振荡
(1)无阻尼振荡：没有能量损失，振幅不变．
(2)阻尼振荡：有能量损失，振幅逐渐减小．
2．电磁振荡的周期与频率
(1)周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期．
(2)频率：1 s内完成周期性变化的次数叫频率．
(3)振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫做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．
(4)理论和实验表明，LC振荡电路的周期T和频率f跟电感线圈的自感系数L和电容C的关系是
T＝2π，f＝.
式中的T、L、C、f的单位分别为秒(s)、亨利(H)、法拉(F)和赫兹(Hz)．
1．在振荡电路中，电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能． (√)
2．电容器放电完毕，电流最大． (√)
3．L和C越大，电磁振荡的频率越高． (×)
1．在LC振荡电路一次全振动的过程中，电容器充电几次？它们的充电电流方向相同吗？
【提示】 充电两次，充电电流方向不相同．
2．在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？
【提示】 放电刚结束时，电场能全部转化成了磁场能．
1．几个关系
(1)同步同变关系
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、板间电压U、电场强度E、电场能EE是同时同向变化的，即：
q↓→U↓→E↓→EE↓(或q↑→U↑→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也是同步同向变化的，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↓.
2．判断振荡过程中各物理量变化的方法
电磁振荡过程中各物理量发生周期性变化，若要判断各物理量如何变化，首先要判断是充电过程还是放电过程．其方法是：
(1)若电流流向负极板，则为放电过程；
(2)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方向，则根据右手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．如图所示，LC电路的L不变，C可调，要使振荡的频率从700 Hz变为1 400 Hz，则把电容________到原来的________．
【解析】 由题意，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的，由T＝2π，L不变，当C＝C0时符合要求．
【答案】 减小
4．如图所示振荡电路中，电感L＝300 μH，电容C的范围为25 pF～270 pF，求：
(1)振荡电流的频率范围；
(2)若电感L＝10 mH，要产生周期T＝0.02 s的振荡电流，应配制多大的电容？
【解析】 (1)根据f＝，
则f1＝＝ Hz＝5.6×105 Hz
f2＝＝ Hz＝1.84×106 Hz
振荡电流的频率范围是5.6×105 Hz～1.84×106 Hz.
(2)由T＝2π得C＝
则C＝ F＝10－3 F.
【答案】 (1)5.6×105～1.84×106 Hz (2)10－3 F
课时分层作业(十一)
(建议用时：45分钟)
[基础达标练]
1.如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的图像，由图可知( )
A．t1时刻，电路中的磁场能最小
B．从t1到t2电路中的电流值不断减小
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
E．从t3到t4电路中的磁场能转化为电场能
【解析】 由图可知，t1时刻电容器极板上的电量q最大，此时刚刚充电完毕，故电路中的磁场能最小，选项A正确；从t1到t2，电容器放电，电路中的电流从0增加到最大值，故选项B错误；从t2到t3，电容器的电荷量不断增加，故电容器在不断充电，选项C正确；t4时刻放电刚刚结束，电容器的电场能最小，故选项D正确．从t3到t4电路中电场能转化为磁场能，E错误．
【答案】 ACD
2．在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是( )
A．电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小
B．电容器充电完毕时刻，回路中磁场能最小
C．回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大
D．电容器极板上电荷量最多时，电场能最大
E．回路中电流值最小时刻，电场能最小
【解析】 电荷量、电场强度、电场能、电压是同步量；而电流、磁场、磁场能是同步量．
【答案】 BCD
3．某时刻LC振荡电路的状态如图所示，则此时刻( )
A．振荡电流i在减小
B．振荡电流i在增大
C．电场能正在向磁场能转化
D．磁场能正在向电场能转化
E．电容器极板上的电荷在增加
【解析】 解决问题的关键是根据电容器的两极板的带电情况和电流方向，判定出电容器正处于充电过程．由电磁振荡的规律可知：电容器充电过程中，电流逐渐减小，电场能逐渐增大，磁场能逐渐减小，即磁场能正向电场能转化，故应选择A、D、E.
【答案】 ADE
4．在LC振荡电路中，当电容器充电完毕尚未开始放电时，下列说法正确的是( )
A．电容器中的电场最强
B．电路里的磁场最强
C．电场能已有一部分转化成磁场能
D．磁场能已全部转化成电场能
E．此时电路中电流为零
【解析】 LC振荡电路电容器充电完毕，电容器中电场最强，磁场最弱，电场能和磁场能之间还没有发生转化，故A、D、E正确．
【答案】 ADE
5．在LC振荡电路中，在电容器放电完毕瞬间，以下说法正确的是( )
A．电容器极板间的电压等于零，磁场能开始向电场能转化
B．电流达到最大值，线圈产生的磁场达到最大值
C．如果没有能量辐射损耗，这时线圈的磁场能等于电容器开始放电时的电场能
D．线圈中产生的自感电动势最大
E．电容器极板间电场最强
【解析】 电容器放电完毕的瞬间，还有以下几种说法：电场能向磁场能转化完毕；磁场能开始向电场能转化；电容器开始反方向充电．电容器放电完毕的瞬间有如下特点：电容器电量Q＝0，板间电压U＝0，板间场强E＝0，线圈电流I最大，磁感应强度B最大，磁场能最大，电场能为零．线圈自感电动势E自＝LΔI/Δt，电容器放电完毕瞬间，虽然I最大，但ΔΦ/Δt为零，所以E自等于零．由于没有考虑能量的辐射，故能量守恒，在这一瞬间电场能E电＝0，磁场能E磁最大，而电容器开始放电时，电场能E电最大，磁场能E磁＝0，则E磁＝E电．
【答案】 ABC
6.在LC振荡电路中，某时刻电路中的电流方向如图所示，且电流正在增大，则该时刻( )
A．电容器上极板带正电，下极板带负电
B．电容器上极板带负电，下极板带正电
C．电场能正在向磁场能转化
D．电容器正在放电
E．磁场能正在向电场能转化
【解析】 电流正在增大，说明是放电过程，是电场能向磁场能的转化，C、D项正确，E项错误；放电过程电容器上极板带正电，下极板带负电，A项正确，B项错误．
【答案】 ACD
7.如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，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，画出反映电容器a极板上电荷量q随时间变化的图像(q为正值表示a极板带正电)．
【解析】 开关S处于闭合状态时，电流稳定，又因L电阻可忽略，因此电容器C两极板间电压为0，所带电荷量为0，S断开的瞬间，D灯立即熄灭，L、C组成的振荡电路开始振荡，由于线圈的自感作用，此后的时间内，线圈给电容器充电，电流方向与线圈中原电流方向相同，电流从最大逐渐减为0，而电容器极板上电荷量则由0增为最大，根据电流流向，此时间里，电容器下极板b带正电，所以此时间内，a极板带负电，由0增为最大．
【答案】
[能力提升练]
8．如图甲所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图乙所示，且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向，则( )
甲 乙
A．0.5 s到1 s时间内，电容器C在放电
B．0.5 s至1 s时间内，电容器C的上极板带正电
C．1 s至1.5 s时间内，Q点的电势比P的电势高
D．1 s至1.5 s时间内，电场能正在转变成磁场能
E．t＝1 s时电路中电场能最大而磁场能最小
【解析】 0.5 s至1 s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板；1 s至1.5 s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，t＝1 s时电流为零，电路中电场能最大，磁场能最小，C、D、E正确．
【答案】 CDE
9．如图所示为理想LC振荡回路，此时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图．下列说法正确的是( )
A．如图所示的时刻电容器正在放电
B．如图所示的时刻电流正在减小
C．电路中的磁场能在减少
D．电容器两端的电压在增加
E．电容器两端的电压在减少
【解析】 由电场方向可知电容器上极板带正电，由线圈中的电流方向可知电路中电流方向为逆时针．结合以上两点可知电容器在充电，电路中的电流正在减小磁场能在减少，电容器两端的电压在增加，故B、C、D正确，A、E错误．
【答案】 BCD
10.如图所示的LC振荡回路中振荡电流的周期为2×10－2 s，自振荡电流沿逆时针方向达最大值开始计时，当t＝3.4×10－2s时，电容器正处于________(选填“充电”“放电”或“充电完毕”)状态，这时电容器的上极板________(选填“带正电”“带负电”或“不带电”)．
【解析】 根据题意可画出LC回路振荡电流的变化图像如图，t＝3.4×10－2 s时刻即为图像中的P点，正处于顺时针电流减小的过程中，所以，电容器正处于反向充电状态，上板带正电．
【答案】 充电 带正电
11．如图所示的电路中，电容器的电容C＝1 μF，线圈的自感系数L＝0.1 mH，先将开关S拨至a，这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止．然后将开关S拨至b，经过t＝3.14×10－5s，油滴的加速度是多少？当油滴的加速度为何值时，LC回路中的振荡电流有最大值？(g取10 m/s2，π取3.14，研究过程中油滴不与极板接触)
【解析】 当S拨至a时，油滴受力平衡，显然油滴带负电，有mg＝q……①，当S拨至b后，LC回路中有振荡电流，振荡周期为T＝2π＝2×3.14× s＝6.28×10－5s，当t＝3.14×10－5s时，电容器恰好反向充电结束，两极板间场强与t＝0时等大反向．由牛顿第二定律得q＋mg＝ma……②，联立①②式解得a＝20 m/s2，当振荡电流最大时，电容器处于放电完毕状态，两极板间无电场，油滴仅受重力作用，此时有mg＝ma′，解得a′＝10 m/s2.即当油滴的加速度为10 m/s2时，LC回路中的振荡电流有最大值．
【答案】 20 m/s2 当a＝10 m/s2时LC回路中的振荡电流有最大值
