人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案1：4 1 電磁振蕩

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE14.1．電磁振蕩學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解振蕩電流、振蕩電路及LC電路的概念。2.了解LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程。3.了解電磁振蕩的周期與頻率，會求LC電路的周期與頻率?！颊n前預(yù)習(xí)〗一、電磁振蕩產(chǎn)生和能量變化1．振蕩電流：大小和方向都做迅速變化的電流。2．振蕩電路：能產(chǎn)生的電路。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，從此時起，電容器要對線圈放電。(1)放電過程：由于線圈的作用，放電電流不能立刻達到最大值，而是由零逐漸增大，同時電容器極板上的電荷逐漸。放電完畢時，極板上的電荷為零，放電電流達到。該過程電容器儲存的轉(zhuǎn)化為線圈的。(2)充電過程：電容器放電完畢，由于線圈的作用，電流并不會立刻消失，而要保持原來的方向繼續(xù)流動，并逐漸減小，電容器開始，極板上的電荷逐漸，當(dāng)電流減小到零時，充電結(jié)束，極板上的電荷量達到。該過程線圈中的又轉(zhuǎn)化為電容器的。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)實際的LC振蕩是阻尼振蕩：電路中有電阻，振蕩電流通過時會有產(chǎn)生，另外還會有一部分能量以的形式輻射出去。如果要實現(xiàn)等幅振蕩，必須有能量補充到電路中。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。(2)頻率：電磁振蕩完成周期性變化的與所用時間之比。(3)周期和頻率公式：T＝，f＝。自我檢測1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)LC振蕩電路的電容器放電完畢時，回路中磁場能最小。()(2)LC振蕩電路的電流為零時，線圈中的自感電動勢最大。()(3)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。()(4)提高充電電壓，極板上帶更多的電荷時，能使振蕩周期變大。()2．如圖為LC回路中電流隨時間變化的圖像，規(guī)定回路中順時針電流方向為正。在t＝T時，對應(yīng)的電路是下圖中的()ABCD〖合作學(xué)習(xí)〗考點1：電磁振蕩情景助學(xué)如圖所示，將開關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開關(guān)擲向2，從此時起，電容器通過線圈放電，線圈中是否會產(chǎn)生自感電動勢？自感電動勢產(chǎn)生什么效果？線圈中的電流怎樣變化？電容器的電場能轉(zhuǎn)化為什么形式的能？當(dāng)線圈中的電流減小時，是否會對電容器充電？此時線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為什么形式的能？1．各物理量變化情況一覽表時刻(時間)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：電荷量q、電場強度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：振蕩電流i、磁感應(yīng)強度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，電容器上的三個物理量q、E、EE與線圈中的三個物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時減小時，i、B、EB同時增大，且它們的變化是同步的。考點2：電磁振蕩的周期和頻率1．固有周期和頻率：若振蕩過程中無能量損失，也不受其他影響，此時的周期和頻率叫作固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率。2．公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))。3．影響電磁振蕩的周期和頻率的因素由電磁振蕩的周期公式T＝2πeq\r(LC)知，要改變電磁振蕩的周期和頻率，必須改變線圈的自感系數(shù)L或電容器的電容C。影響線圈自感系數(shù)L的是：線圈的匝數(shù)、有無鐵芯及線圈的橫截面積和長度。匝數(shù)越多，自感系數(shù)L越大，有鐵芯的自感系數(shù)比無鐵芯的大。影響電容器電容C的是：兩極板正對面積S、兩極板間介電常數(shù)εr以及兩極板間距d，由C＝eq\f(εrS,4πkd)(平行板電容器電容)，不難判斷εr、S、d變化時，電容C也變化。隨堂練習(xí)1．有一LC振蕩電路，能產(chǎn)生一定波長的電磁波，若要產(chǎn)生波長比原來短一些的電磁波，可用的措施為()A．增加線圈匝數(shù)B．在線圈中插入鐵芯C．減小電容器極板正對面積D．減小電容器極板間距離2．如圖所示，某瞬間回路中電流方向如箭頭所示，且此時電容器的極板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．電容器帶電荷量正在減小D．線圈中電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度正在增強3．(多選)LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖所示，則下列說法正確的是()A．若磁場正在減弱，則電容器上極板帶正電B．若電容器正在充電，則電容器下極板帶正電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，則自感電動勢正在阻礙電流增大4．(多選)如圖所示為LC振蕩電路中電容器兩極板上的電荷量q隨時間t變化的圖線，由圖可知()A．在t1時刻，電路中的磁場能最小B．t1到t2電路中的電流值不斷變小C．從t2到t3電容器不斷充電D．在t4時刻，電容器的電場能最小5．如圖所示，電源電動勢為E，電容器的電容為C，線圈的電感為L。將開關(guān)S從a撥向b，經(jīng)過一段時間后電容器放電完畢。求電容器的放電時間和放電電流的平均值是多少？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖課前預(yù)習(xí)〗一、1．周期性2．振蕩電流3．(1)自感減少最大電場能磁場能。(2)自感作充電增加最大磁場能電場能(3)熱量電磁波二、(1)時間。(2)次數(shù)(3)2πeq\r(LC)eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))。自我檢測1．(1)×(2)√(3)√(4)×2．D〖由圖像可知，在T時電流最大，則回路中磁場能最大，電場能最小，說明電容器放電；由圖可得，在eq\f(3,4)T～T的時間內(nèi)，回路中的電流為順時針方向，即順時針方向的電流放電，電流從上級板流出，故A、C、D錯誤，D正確?！角榫爸鷮W(xué)〖提*示〗：線圈中的電流發(fā)生變化時，線圈中會產(chǎn)生自感電動勢，阻礙線圈中電流的變化，電流逐漸增大，電容器的電場能轉(zhuǎn)化為磁場能；線圈中電流減小時，對電容器充電，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能。隨堂練習(xí)1．C〖由于電磁波傳播過程中波速v＝λf恒定，因此欲使波長λ變短，必須使頻率f升高，由于頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，增加線圈匝數(shù)和在線圈中插入鐵芯，將使線圈自感系數(shù)L增大而降低頻率f；減小電容器極板間距將使電容C增大而降低頻率f；減小電容器極板正對面積將由于電容C減小而升高頻率f?？梢姡x項C正確?！?．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)強度正在減弱，故只有B正確?！?．BCD〖由電流的磁場方向和安培定則可判斷振蕩電流方向，由于題目中未標(biāo)明電容器兩極板帶電情況，可分兩種情況討論：①若該時刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于放電狀態(tài)，電流正在增大，則C正確，A錯誤；②若該時刻電容器下極板帶正電，可知電容器處于充電狀態(tài)，電流正在減小，則B正確；由楞次定律可判定D正確?！?．ACD〖作出i-t圖線(圖中虛線)，注意到i-t圖線按余弦規(guī)律變化，電流大，磁場能大；電容器C上帶電荷量大，電場能大，不難判斷出A、C、D正確?！?．〖〖解析〗〗電容器放電時間為eq\f(1,4)T，與電源電動勢無關(guān)，即t＝eq\f(1,4)