高中物理電磁振蕩與電磁波第一節(jié)電磁振蕩學(xué)案含解析粵教版選修

1、第一節(jié)電磁振蕩學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1能說出LC回路的組成和什么是振蕩電流2會(huì)分析發(fā)生電磁振蕩的過程中，LC回路中各物理量的變化和能量轉(zhuǎn)化情況3熟記電磁振蕩的周期和頻率公式，會(huì)分析相關(guān)問題重點(diǎn)：1電磁振蕩的周期和頻率公式2發(fā)生電磁振蕩時(shí)，各物理量的變化和能量轉(zhuǎn)化難點(diǎn)：發(fā)生電磁振蕩時(shí)，各物理量的變化和能量轉(zhuǎn)化一、振蕩電流和振蕩電路1振蕩電流大小和方向都隨時(shí)間做周期性迅速變化的電流叫振蕩電流實(shí)際振蕩電流的頻率很高，是高頻正弦交流2振蕩電路能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做振蕩電路由自感線圈和電容器組成的最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱為L(zhǎng)C回路二、電磁振蕩1電磁振蕩LC回路里，產(chǎn)生振蕩電流的過程中，由于自感線圈的自感作用和電

2、容器的充放電作用，線圈中的電流i及其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)、磁場(chǎng)能與電容器極板上的電荷q及其對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)、電場(chǎng)能在不斷地相互轉(zhuǎn)化，都發(fā)生了周期性的變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩2電磁振蕩的周期和頻率LC回路的振蕩周期T和頻率f只跟自感系數(shù)L和電容C有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)它們的關(guān)系式為T2和f預(yù)習(xí)交流由f=知，改變回路中電容器的電容和線圈的自感系數(shù)可以改變振蕩回路的振蕩頻率收音機(jī)、電視機(jī)中用于調(diào)臺(tái)的調(diào)諧電路就是通過調(diào)節(jié)可變電容器的電容來(lái)改變回路的振蕩頻率的一臺(tái)無(wú)線電接收機(jī)，當(dāng)它接收頻率為535 kHz的信號(hào)時(shí)，調(diào)諧電路中電容器的電容為270 pF；若調(diào)諧電路的線圈電感不變，則要接收頻率為1 605 kHz的信號(hào)時(shí)，

3、應(yīng)該怎么辦？答案：應(yīng)將調(diào)諧電路中電容器的電容調(diào)為30 pF解析：由f=知1 605 kHz由聯(lián)立解得C30 pF一、電磁振蕩的產(chǎn)生和能量轉(zhuǎn)化1觀察課本中產(chǎn)生振蕩電流的實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容，會(huì)看到什么現(xiàn)象，說明了什么？答案：觀察到電流表指針在零點(diǎn)左右擺動(dòng)，說明電路中產(chǎn)生了交變電流，即電路中電流的大小、方向做周期性的變化2LC振蕩電路是如何實(shí)現(xiàn)電磁振蕩的？答案：（1）首先電容器從外界得到能量（充電），當(dāng)電容器開始放電后，由于線圈的自感作用，阻礙通過線圈中的電流變化（自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反），使放電電流不能立刻達(dá)到最大值，而是從零逐漸增大，同時(shí)電容器極板上的電荷逐漸減少（2）到電容器放電完畢時(shí)，電容器極板

4、上沒有電荷，放電電流也達(dá)到了最大值（3）電容器放電完畢的瞬間，由于線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的作用，阻礙電流減?。ㄗ愿须妱?dòng)勢(shì)的方向同電流方向一致），電流不能立即減小到零，而是要保持原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng)，并逐漸減小，同時(shí)電容器在反向充電，電容器極板上帶上相反的電荷，并且電荷逐漸增多，而極板上的電荷（根據(jù)同種電荷相互排斥）對(duì)向極板上累積的電荷產(chǎn)生阻礙作用，反向充電電流逐漸減小，到反向充電完畢時(shí)，極板上聚集的電荷最多，電流減小到零（4）此后電容再次放電，再次充電，這樣不斷地充電和放電，電路中就出現(xiàn)了振蕩電流（5）這個(gè)過程中，電容器極板上的電荷q，電路中的電流i，電容器內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E，線圈的磁場(chǎng)B，都發(fā)生周期性變

5、化3LC振蕩電路中發(fā)生電磁振蕩過程中的能量是如何轉(zhuǎn)化的？答案：（1）在LC回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，由于電容器極板上帶電荷，則電容器內(nèi)就有與之相聯(lián)系的電場(chǎng)能（2）電路中有電流時(shí)，則線圈就有與之相聯(lián)系的磁場(chǎng)能（3）電容器放電階段，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，放電完畢的一瞬間，電場(chǎng)能為零，振蕩電流和磁場(chǎng)能達(dá)到最大值；然后電容器被反向充電，這個(gè)階段磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，振蕩電流為零的瞬間，磁場(chǎng)能為零，電容器極板上的電荷和電場(chǎng)能達(dá)到最大值4學(xué)生討論：在電磁振蕩的過程中，電容器的帶電量q及其對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)E、電場(chǎng)能EE和線圈中的電流i及其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)B，磁場(chǎng)能EB都隨時(shí)間周期性變化，試討論在一個(gè)充電過程和放電過程中各量

6、的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)化情況答案：充電過程中，q增加，E增大，EE增加，i減小，B減小，EB減少，充電過程是一個(gè)磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能的過程；放電過程中，q減少，E減小，EE減少，i增大，B增大，EB增大，放電過程是一個(gè)電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能的過程LC振蕩電路中某時(shí)刻磁場(chǎng)如圖所示，下列說法正確的是（）A若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器上極板帶正電B若電容器正在放電，則電容器上極板帶正電C若電容器上極板帶正電，則線圈中電流正在增大D若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增大答案：AD解析：在振蕩電路中，電容器放電過程，放電電流一定是逐漸增大的，電容器充電電流一定是逐漸減小的根據(jù)圖中磁場(chǎng)方向，由安培定則可判定回路中

7、有順時(shí)針方向的電流若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，說明電容器正在充電，充電電流是不斷減小的，磁場(chǎng)逐漸減弱，故A正確，C錯(cuò)誤；若電容器正在放電，則電容器下極板帶正電，放電電流是不斷增加的，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化，B錯(cuò)誤，D正確1同步同變關(guān)系在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電荷量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同步變化的，即：qEEE（或qEEE）振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB也是同步變化的，即：iBEB（或iBEB）2同步異變關(guān)系在LC振蕩過程中，電容器上的三個(gè)物理量q、E、EB與線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、

8、EE同時(shí)減小時(shí)，i、B、EB同時(shí)增大，且它們的變化是同步的，也即：q、E、EEi、B、EB二、電磁振蕩的頻率1LC振蕩電路的振蕩周期由哪些因素決定？請(qǐng)分析這些因素影響周期長(zhǎng)短的原因答案：（1）LC振蕩電路的周期由線圈的自感系數(shù)和電容器的電容決定（2）若電容器的電容越大，電容器每次容納的電荷越多，則其每次充放電的時(shí)間就越長(zhǎng)，LC回路電磁振蕩的周期就越大，反之周期越短（3）若線圈的自感系數(shù)越大，對(duì)電流變化的阻礙就越強(qiáng)，則電流發(fā)生變化所用的時(shí)間就越長(zhǎng)，LC回路電磁振蕩的周期就越長(zhǎng)，反之周期就越短2學(xué)生討論：某種電子鐘是利用LC振蕩電路來(lái)制成的，使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)每晝夜總是快1 min，造成這種現(xiàn)象

9、的原因可能是怎樣的？答案：鐘表變快是因?yàn)長(zhǎng)C電路的周期變小了，由周期公式知造成這種現(xiàn)象的原因可能是L不變，C變小了；C不變，L變小了；L、C同時(shí)變小了要想增大LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率，可采用的方法是（）A增大電容器兩極板的間距B升高電容器的充電電壓C增加線圈的匝數(shù)D在線圈中插入鐵芯答案：A解析：振蕩電流的頻率由LC回路本身的特性決定，f，增大電容器兩極板間距，電容減小，振蕩頻率升高，選項(xiàng)A正確；升高電容器的充電電壓只能改變振蕩電流的強(qiáng)弱，對(duì)振蕩電流的周期和頻率沒有影響，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；增加線圈的匝數(shù)和在線圈中插入鐵芯，都會(huì)使電感L增大，致使頻率降低，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤1實(shí)驗(yàn)表明：LC回路中電

10、磁振蕩的頻率只與自感系數(shù)L和電容C有關(guān)2改變自感系數(shù)L或改變電容C即可改變LC回路的振蕩頻率1在LC回路產(chǎn)生電磁振蕩的過程中，下列說法錯(cuò)誤的是（）A電容器放電完畢時(shí)，回路中電場(chǎng)能最小B回路中電流值最大時(shí)，回路中磁場(chǎng)能最大C電容器極板上的電荷量最多時(shí)，電場(chǎng)能最大D回路中電流值最小時(shí)，電場(chǎng)能最小答案：D解析：電容器放電結(jié)束時(shí)，電容器極板間場(chǎng)強(qiáng)為零，電場(chǎng)能最小，選項(xiàng)A正確；回路中電流最大時(shí)，線圈周圍的磁場(chǎng)最強(qiáng)，磁場(chǎng)能最大，選項(xiàng)B正確；電容器極板上的電荷量最多時(shí)，電場(chǎng)最強(qiáng)，磁場(chǎng)能最小，而電場(chǎng)能最大，選項(xiàng)C正確；回路中電流最小時(shí)，磁場(chǎng)能最小，而電場(chǎng)能最大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤，應(yīng)選D2在LC回路中，電容器兩端的

11、電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示，則（）A在t1時(shí)刻電路中的電流達(dá)到最大B在t2時(shí)刻電容器極板上的電荷量達(dá)到最大C從t2到t3的過程中，電容器中的電場(chǎng)能不斷增大D從t3到t4的過程中，線圈中的磁場(chǎng)能不斷減小答案：C解析：t1時(shí)刻U最大，充電過程結(jié)束，此時(shí)刻電路中電流恰好減為零，A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻U為0，放電過程結(jié)束，此時(shí)刻電容器極板上的電荷量為0，B錯(cuò)誤；t2到t3的過程中，U增大，為充電過程，磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，C正確；t3到t4的過程為放電過程，電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，D錯(cuò)誤3關(guān)于LC振蕩電路，下列說法正確的是（）A電容器放電完畢瞬間，回路中的電流最大，電場(chǎng)能最大B若線圈的電感增大，則充放電

12、過程變慢C若減小電容器兩極板間的距離，則充放電過程變快D每一個(gè)周期內(nèi)，電容器完成一次充、放電過程答案：B解析：電容器放電完畢的瞬間，回路中的電流最大，電場(chǎng)能為零，A錯(cuò)誤；由T2知，電感增大，T增大，充放電過程變慢，B正確；減小電容器兩板間的距離，電容C變大，T變大，充放電過程變慢，C錯(cuò)誤；每一個(gè)周期內(nèi)，電容器完成兩次充、放電過程，D錯(cuò)誤4如圖所示，甲、乙、丙、丁四個(gè)LC振蕩電路，某時(shí)刻振蕩電流i的方向如圖中箭頭所示下列對(duì)各電路情況的判斷正確的是（）A若甲電路中電流i正在增大，則該電路中線圈的自感電動(dòng)勢(shì)必定在增大B若乙電路中電流i正在增大，則該電路中電容器的電場(chǎng)方向必定向下C若丙電路中電流i正在

13、減小，則該電路中線圈周圍的磁場(chǎng)必在增強(qiáng)D若丁電路中電流i正在減小，則該電路中電容器的電場(chǎng)方向必定向上答案：BD解析：當(dāng)電流逐漸增大時(shí)，電容器放電，電壓減小，電動(dòng)勢(shì)減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；當(dāng)電流減小時(shí)，是充電過程，線圈周圍磁場(chǎng)減小，電流方向指向下極板，電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度方向向上，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確5在LC振蕩電路中，線圈的自感系數(shù)L2.5 mH，電容C4 F（1）該回路的周期為多大？（2）設(shè)t0時(shí)，電容器上電壓最大，在t9.0×103 s時(shí)，通過線圈的電流是增大還是減??？這時(shí)電容器是處在充電過程還是放電過程？答案：（1）6.28×104 s（2）電流減小處于充電過程解析：（1）T22×3.14×s6.28×104 s（2）因?yàn)閠9.0×103 s相當(dāng)于14.33個(gè)