新教材2023年高中物理第4章電磁振蕩與電磁波1.電磁振蕩教師用書新人教版選擇性必修第二冊(cè)

1．電磁振蕩1．理解振蕩電流、振蕩電路及LC電路的概念。2．了解電磁振蕩的周期與頻率。3．經(jīng)歷LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程，體會(huì)定性分析推理的方法。4．經(jīng)歷從機(jī)械振動(dòng)到電磁振蕩的類比過程，體會(huì)類比推理的方法。知識(shí)點(diǎn)一電磁振蕩的產(chǎn)生和能量變化1．振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流。2．振蕩電路：能產(chǎn)生振蕩電流的電路。3．振蕩過程：如圖所示，將開關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開關(guān)S擲向2，從此時(shí)起，電容器要對(duì)線圈放電。(1)放電過程：電容器開始放電后由于線圈的自感作用，放電電流不能立刻達(dá)到最大值，而是由零逐漸增大，同時(shí)電容器極板上的電荷逐漸減少。放電完畢時(shí)，極板上的電荷為零，放電電流達(dá)到最大。該過程電容器儲(chǔ)存的電場能轉(zhuǎn)化為線圈的磁場能。(2)充電過程：電容器放電完畢，由于線圈的自感作用，電流并不會(huì)立即減小為零，而要保持原來的方向繼續(xù)流動(dòng)，并逐漸減小。電容器開始反向充電，電容器兩極板上帶上與原來相反的電荷，極板上的電荷逐漸增加，當(dāng)電流減小到零時(shí)，充電結(jié)束，極板上的電荷量達(dá)到最大。該過程線圈中的磁場能又轉(zhuǎn)化為電容器的電場能。此后電容器再放電、再充電，周而復(fù)始，于是電路中就有了周期性變化的振蕩電流。(3)實(shí)際的LC振蕩是阻尼振蕩：電路中有電阻，振蕩電流通過時(shí)會(huì)有內(nèi)能產(chǎn)生，另外還會(huì)有一部分能量以電磁波的形式輻射出去。如果要實(shí)現(xiàn)等幅振蕩，必須有能量補(bǔ)充到電路中。在一個(gè)周期內(nèi)，充電、放電各兩次，振蕩電流的方向改變兩次；電場能(或磁場能)完成兩次周期性變化。1：思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)LC振蕩電路的電容器放電完畢時(shí)，回路中磁場能最小。 ()(2)LC振蕩電路的電流為零時(shí)，線圈中的自感電動(dòng)勢最大。 ()[答案](1)×(2)√知識(shí)點(diǎn)二電磁振蕩的周期與頻率1．周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間。2．頻率：電磁振蕩單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。振蕩電路里發(fā)生無阻尼振蕩時(shí)的周期和頻率分別叫作固有周期、固有頻率。3．周期和頻率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))。LC電路的周期和頻率只取決于電感線圈的自感系數(shù)L和電容器的電容C，與電容器所帶電荷量、極板間電壓及回路中的電流無關(guān)。2：思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)LC振蕩電路線圈的自感系數(shù)增大為原來的4倍，振蕩周期增大為原來的2倍。 ()(2)提高充電電壓，極板上帶更多的電荷時(shí)，能使振蕩周期變大。 ()[答案](1)√(2)×音叉的振動(dòng)產(chǎn)生聲音，但是要形成持續(xù)的聲音，則需要不斷地打擊音叉。手機(jī)接收的是電磁波，要產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，需要持續(xù)變化的電流。怎樣才能產(chǎn)生這樣的電流呢？本節(jié)課我們將學(xué)習(xí)電磁振蕩的相關(guān)知識(shí)?？键c(diǎn)1電磁振蕩1．電磁振蕩過程各物理量變化情況規(guī)律時(shí)刻(時(shí)間)工作過程qEiB能量0→eq\f(T,4)放電過程qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁eq\f(T,4)→eq\f(T,2)充電過程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電eq\f(T,2)→eq\f(3T,4)放電過程qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁eq\f(3T,4)→T充電過程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電2．振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像(如圖所示)3．分類分析(1)同步關(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，如電荷量q、電場強(qiáng)度E、電場能EE是同步變化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。振蕩線圈上的物理量，如振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能EB也是同步變化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。(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、EE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、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?！镜淅?】(多選)如圖所示，從將開關(guān)S由b扳到a開始計(jì)時(shí)，在電流振蕩了半個(gè)周期時(shí)，電路中()A．電容器C里的電場強(qiáng)度最強(qiáng)，電場強(qiáng)度方向向上B．線圈L周圍磁場最強(qiáng)C．線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零D．電流最大AC[從將開關(guān)S由b扳到a開始計(jì)時(shí)，在電流振蕩了半個(gè)周期時(shí)，電容器處于反向充電完畢的時(shí)刻，此時(shí)電容器C里的電場強(qiáng)度最強(qiáng)，電場強(qiáng)度方向向上，故A正確；電容器充電完畢，電流為零，線圈L中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，周圍磁場最弱，故B、D錯(cuò)誤，C正確。]LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法(1)根據(jù)電流流向判斷，當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，處于充電過程；反之，處于放電過程。(2)根據(jù)物理量的變化趨勢判斷：當(dāng)電容器所帶電荷量q(U、E)增大時(shí)，處于充電過程；反之，處于放電過程。(3)根據(jù)能量判斷：電場能增加時(shí)，充電；磁場能增加時(shí)，放電。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．(多選)如圖所示，在LC振蕩電路中，已知某時(shí)刻電流i的方向指向A板，且正在增大，則()A．B板帶正電B．A、B兩板間的電壓在減小C．電容器C正在充電D．電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能ABD[電流i正在增大，磁場能增大，電容器在放電，電場能減小，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確；由題圖中i方向可知B板帶正電，選項(xiàng)A正確；由于電容器放電，電荷量減少，兩板間的電壓在減小，選項(xiàng)B正確。]考點(diǎn)2電磁振蕩的周期和頻率1．LC振蕩電路的周期T＝2πeq\r(LC)，頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，決定周期和頻率的是電路本身的電容C和自感系數(shù)L，與其他因素?zé)o關(guān)。2．LC振蕩電路一個(gè)周期內(nèi)充電、放電各兩次，對(duì)應(yīng)的i、B、E的大小、方向也有兩次變化。3．LC振蕩電路一個(gè)周期內(nèi)電場能與磁場能的轉(zhuǎn)化各有兩次?！镜淅?】(多選)要增大LC振蕩電路的頻率，下列方法正確的是()A．將正對(duì)著的電容器的兩個(gè)極板錯(cuò)開些B．增大電容器的充電電荷量C．減少自感線圈的匝數(shù)D．抽出自感線圈中的鐵芯ACD[要使LC振蕩電路的頻率增大，根據(jù)公式f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，可減小線圈的自感系數(shù)L或減小電容器的電容C；將正對(duì)著的電容器的兩個(gè)極板錯(cuò)開些，正對(duì)面積減小，電容C減小，故選項(xiàng)A正確；增大電容器的充電電荷量，電容不變，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；減少自感線圈的匝數(shù)，自感系數(shù)L減小，故選項(xiàng)C正確；抽出自感線圈中的鐵芯，自感系數(shù)L減小，故選項(xiàng)D正確。]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．(多選)(2022·沈陽高二檢測)已知LC振蕩電路中電容器的電容為C，線圈的電感為L，則正在振蕩的電路中()A．電容器放電的時(shí)間取決于充電電壓的大小B．電容器放電的時(shí)間取決于L和C的數(shù)值C．電場和磁場相互轉(zhuǎn)化的周期為2πeq\r(LC)D．電場能和磁場能相互轉(zhuǎn)化的周期為2πeq\r(LC)BC[電容器放電時(shí)間等于eq\f(T,4)，根據(jù)LC振蕩電路的周期公式可得：T＝2πeq\r(LC)，可知放電時(shí)間僅與L和C有關(guān)，與充電電壓無關(guān)，故A錯(cuò)誤，B正確；電場和磁場都有方向，所以其周期均為T＝2πeq\r(LC)，故C正確；電場能和磁場能是標(biāo)量，只有大小沒有方向，所以它們的轉(zhuǎn)化周期T′＝eq\f(T,2)＝πeq\r(LC)，故D錯(cuò)誤。]1．在LC振蕩電路中，當(dāng)電容器充電完畢尚未開始放電時(shí)，下列說法正確的是()A．電容器中的電場最強(qiáng)B．電路里的磁場最強(qiáng)C．電場能已有一部分轉(zhuǎn)化成磁場能D．磁場能已有一部分轉(zhuǎn)化成電場能A[LC振蕩電路電容器充電完畢，電容器中電場最強(qiáng)，磁場最弱，電場能和磁場能之間還沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化，故A正確。]2．如圖所示，某瞬間回路中電流方向如箭頭所示，且此時(shí)電容器的極板A帶正電荷，則該瞬間()A．電流i正在增大，線圈L中的磁場能也正在增大B．電容器兩極板間的電壓正在增大C．電容器所帶電荷量正在減小D．線圈中電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度正在增強(qiáng)B[根據(jù)電流方向可知電容器正處于充電狀態(tài)，電容器充電過程中，回路中電流減小，磁場能減小，電場能增大，電容器所帶電荷量正在增大，電壓正在增大，線圈中電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減弱，故只有B正確。]3．如圖所示，LC振蕩回路中振蕩電流的周期為2×10－2s，自振蕩電流沿逆時(shí)針方向達(dá)到最大值時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)t＝3.4×10－2s時(shí)，電容器正處于________(填“充電”“放電”“充電完畢”或“放電完畢”)狀態(tài)。這時(shí)電容器的上極板________(填“帶正電”“帶負(fù)電”或“不帶電”)。解析：根據(jù)題意畫出此LC回路的振蕩電流的變化圖像如圖所示。結(jié)合圖像，t＝3.4×10－2s時(shí)刻設(shè)為圖像中的P點(diǎn)，則該時(shí)刻正處于反向電流減小過程，所以電容器正處于反向充電狀態(tài)，上極板帶正電。答案：充電帶正電4．(新題型新素養(yǎng))如圖所示，為了測量儲(chǔ)罐中不導(dǎo)電液體的高度，將與儲(chǔ)罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器C置于儲(chǔ)罐中，電容器可通過開關(guān)S與電源或線圈L相連。當(dāng)S從a撥到b之后，由L與C構(gòu)成的電路中產(chǎn)生振蕩電流，則()A．若罐中的液面下降，振蕩電流的頻率變小B．若罐中的液面上升，振蕩電流的周期變小C．當(dāng)S從a撥到b之后的半個(gè)周期內(nèi)，L的自感電動(dòng)勢先變小后變大D．當(dāng)S從a撥到b之后的半個(gè)周期內(nèi)，線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度先變小后變大C[兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器C的中間的液體就是一種電介質(zhì)，當(dāng)液體的液面下降時(shí)，相當(dāng)于插入的電介質(zhì)越小，電容越小，根據(jù)T＝2πeq\r(LC)可知，電容C減小，振蕩電路的周期T減小，LC回路的振蕩頻率f增大，同理可得，若罐中的液面上升，振蕩電流的周期變大，故A、B錯(cuò)誤；當(dāng)S從a撥到b之后的半個(gè)周期內(nèi)，回路中的電流先增大(增大得越來越慢)后減小(減小得越來越快)，則L的