14.2电磁波的震荡-人教版高中物理选修3-4教案

14.2电磁波的震荡
【学习目标】
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．
3．知道产生电磁振荡过程中，LC回路中能量转换情况，知道阻尼振荡和无阻尼振荡．
4．知道什么是电磁振荡的周期和频率，知道己c回路的周期和频率公式，并能进行简单的计算．
知识回顾：
1.
电磁波能在真空中传递信息吗？
答：可以
2.
电磁波是怎样产生的？
答：通过电磁波的发射装置产生的
3.
电磁波的产生条件？
答：LC回路
知识点一、电磁振荡
1．电磁振荡
（1）振荡电流和振荡电路：
①振荡电流：大小和方向都作周期性变化的电流叫振荡电流．
②振荡电路：能够产生振荡电流的电路，叫振荡电路．最简单的振荡电路为LC回路．
（2）电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电压，电路中的电流，以及跟电荷相联系的电场，跟电流相联系的磁场都在发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡．
（3）阻尼振荡和无阻尼振荡：
①阻尼振荡：在电磁振荡中，如果能量逐渐损耗，振荡电流的振幅会逐渐减小，直至停止振荡．
②无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果无能量损失，振荡永远持续下去，这种振荡叫无阻尼振荡．
2．电磁振荡过程分析
振荡电流图像
电路状态
时刻
电量
最多
最多
最多
电场能
最大
最大
最大
电流
正向最大
反向最大
磁场能
最大
最大
回路中产生电磁振荡的过程：已充电的电容器刚要放电的瞬间，电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多．此时电场能最强，磁场能最弱．
电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流不能立即达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电压逐渐减少，到放电完毕的瞬间，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值．在这个过程中，电容器里的电场能逐渐减弱，磁场能逐渐增强，到放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能．
电容器放电完毕的瞬间，电流要保持原方向继续流动并减小，电容器反方向继续充电，极板上的电荷逐渐增多，电场能逐渐增强，磁场能逐渐减弱，到充电完毕，电场能最强，磁场能最弱．
此后，这样充电和放电的过程反复进行下去．
3．回路的周期和频率
（1）影响因素：实验表明：电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感减小时，周期变短，频率变高．
（2）公式：，．
其中：周期、频率、自感系数、电容的单位分别是秒、赫兹、亨利、法拉，符号分别是．
（3）应用说明：
适当地选择电容器和线圈，就可以使振荡电路的周期和频率符合需要．在需要改变振荡电路的周期和频率时，可以用可变电容器和线圈组成电路，改变电容器的电容，振荡电路的周期和频率就随之改变．
例题1.
关于振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是（
）．
A．振荡电流最大时，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
【思路点拨】提示：磁场能与电流对应，电场能与电荷量对应，在等幅振荡中，磁场能与电场能的总量保持不变．
【答案】D
【解析】本题考查振荡电流和其他各物理量变化的关系．
振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，场强为零，A项错误；振荡电流为零时，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项错误；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C项错误；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D项正确．
【总结升华】磁场能与电流对应，电场能与电荷量对应，在等幅振荡中，磁场能与电场能的总量保持不变．
课堂练习一：
图中画出一个振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断（
）．
A．时刻电感线圈两端电压最大
B．时刻电容器两极间电压为零
C．时刻电路中只有电场能
D．时刻电容器带电荷量为零
【答案】D
【解析】本题考查认识图像和利用图线分析问题的能力．
由图像知，计时开始时，电容器两极板带电荷量最大，电流为零，电容器放电开始，根据电流随时间的变化规律，可以画出图像（在图中用虚线表示）．
由图像分析可知：时刻，电容器上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故D项正确，A、C两项错误；时刻电容器电荷量最大，两板间电势差最大，B项错误．
【总结升华】分析图像时，画出对应的图像，并注意到与变化规律一致，与变化规律一致，可起到事半功倍的效果．
课堂练习二：
在如图甲所示电路中，是电阻不计的线圈，为电容器，为电阻，开关先是闭合的，现将开关断开，并从这一时刻开始计时，设电容器极板带正电时电荷量为正，则电容器极板上的电荷量随时间变化的图像是图中的（
）．
【答案】B
【解析】开关闭合时，由于线圈电阻为零，线圈中有自左向右的电流通过，但线圈两端电压为零，与线圈并联的电容器极板上不带电，本题回路的初始条件是线圈中电流最大，磁场能最大．电场能为零．
断开开关时，线圈中产生与电流方向相同的自感电动势，阻碍线圈中电流的减小，使线圈中电流继续自左向右流动，从而给电容器充电，板带正电，板带负电，电荷量逐渐增加，经电荷量达最大，这时回路中电流为零；
时间内，电容器放电，板上负电荷逐渐减少到零．此后在线圈中自感电动势的作用下，电容器被反向充电，板带正电，板带负电，并逐渐增多，增至最多后，又再次放电，所以极板上电荷量随时间变化的情况如图B所示．
【总结升华】清楚电流与磁场对应，电荷量与电场对应，而电压跟电荷量变化趋向一致．因此可先根据所给条件或所给图像画出所求量的图像，并要准确理解各物理量的对应关系，再依据题目具体问题，具体分析．
课堂练习三：
在振荡电路中，线圈的自感系数，电容．
（1）该回路的周期多大？
（2）设时，电容器上电压最大，在时，通过线圈的电流是增大还是减小，这时电容器是处在充电过程还是放电过程？
【答案】见解析
【解析】（1）．
（2）因为相当于个周期，故，所以当时，回路中的电磁振荡正处在第二个的变化过程中．
时，电容器上电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，回路中电流随时间的变化规律如图14-2-7所示：第一个内，电容器放电，电流由零增至最大；第二个内，电容器被反向充电，电流由最大减小到零．
显然，在时，即在第二个内，线圈中的电流在减小，电容器正处在反向充电过程中．
【总结升华】分析具体过程时，可以把整个振荡周期分成四个，分别研究每一个内各量的变化情况，牢记电容器充、放电过程中各物理量的变化情况是解决此类问题的关键．