電磁振蕩課件-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

4.1電磁振蕩人教版（2019）物理（選擇性必修第二冊）第四章

電磁振蕩與電磁波素養(yǎng)目標(biāo)1.了解

LC振蕩電路，理解

LC

振蕩電路中產(chǎn)生振蕩電流的過程，理解電容器充、放電的作用及線圈的電感阻礙電流變化的作用2.分析

LC

振蕩電路，找到振蕩電路變化過程中電場能與磁場能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律3.分析電磁振蕩完成一個周期性變化的過程中電容器的充、放電情況和線圈中電流和方向的變化情況的關(guān)系

水波是由機械振動形成的。一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是要形成持續(xù)的水波，則需要不斷地擊打水面。電視、廣播接收的是電磁波，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？“千里眼”“順風(fēng)耳”常常出現(xiàn)在神話故事和動漫作品中，現(xiàn)代社會中，看得見“千里以外的事物，聽得到“隨風(fēng)而來的聲音”，這些都實現(xiàn)了嗎？是如何實現(xiàn)的？電話通信視頻連線電磁波電磁波是什么？電磁波是如何產(chǎn)生和傳播的？水波是由機械振動形成的。一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是要形成持續(xù)的水波，則需要不斷地極大水面。電視、廣播接收的是電磁波，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)生持續(xù)變化的電流呢？新課講解要產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，需要持續(xù)變化的電流，我們可以通過線圈和電容器組成的電路實現(xiàn)。線圈電容器我們把如圖所示的電路叫做LC振蕩電路。ECSL實驗：觀察振蕩電路中電壓的波形（1）實驗器材

電感線圈、電容器、電源、單刀雙擲開關(guān)、電壓傳感器。（2）實驗步驟ECSL①按照如圖所示的電路圖連接電路，把電壓傳感器的兩端連在電容器的兩個極板上。②先把開關(guān)置于電源一側(cè)，為電容器充電；稍后再把開關(guān)置于線圈一側(cè)，使電容器通過線圈放電。③觀察電腦顯示器顯示的電壓的波形?，F(xiàn)象：電路中的電壓發(fā)生周期性的變化，且逐漸減小實驗：觀察振蕩電路中電壓的波形觀察演示實驗，了解

LC

振蕩電路，了解振蕩電流將示波器的兩端連在電容器的兩個極板上，觀察電流變化觀察到電流表指針左右擺動幾次后停止ECSL示波器顯示的電壓波形的振幅越來越小電容器放電時，電路中電流發(fā)生變化，由于電感線圈的自感作用，對電流的變化有阻礙作用，電路中產(chǎn)生了周期性變化的電流，由于存在能量損失，電路中的電流逐漸減小，電容器兩端的電壓也逐漸減小B經(jīng)典例題B經(jīng)典例題答案：B解析：若磁場正在減弱，可知電容器處于充電狀態(tài)，電場能正在增大，電流方向由b到a，所以電容器下極板帶正電，上極板帶負電，故A錯誤，B正確；若磁場正在增強，可知電容器處于放電狀態(tài)，電場能正在減小，電流方向由b到a，所以電容器上極板帶正電，故C、D錯誤.電磁振蕩的產(chǎn)生（1）大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫作振蕩電流（2）產(chǎn)生振蕩電流的電路，叫作振蕩電路（3）由電感線圈

L和電容器

C

組成的電路，就是最簡單的振蕩電路，稱為LC

振蕩電路

理想

LC

振蕩電路，只考慮電感和電容的作用，忽略能量損失ECSL振蕩電流實質(zhì)就是高頻的交變電流探究

LC

振蕩電路中是如何產(chǎn)生振蕩電流的該過程中，右側(cè)LC

振蕩電路中

i=0電容器上極板帶正電，上極板的電荷量

q

最大電容器充電ECSL－LC＋E

LC

振蕩電路中

i

增大，電容器上極板的電荷量

q

減小當(dāng)放電結(jié)束時

i

最大，q=0電容器放電探究

LC

振蕩電路中是如何產(chǎn)生振蕩電流的－LC＋ELC線圈自感使電流

i

沒有立刻達到最大值＋－

LC

振蕩電路中

i

減小，電容器上極板的電荷量

q

增大反向充電當(dāng)充電結(jié)束時

i

=0，q最大（下極板）LC＋－LC由于線圈自感電路中移動的電荷仍保持原方向運動

LC

振蕩電路中

i

增大，電容器上極板的電荷量

q

減小當(dāng)充電結(jié)束時

i

最大，q=0反向放電LC－LC＋

LC

振蕩電路中

i

減小，電容器上極板的電荷量

q

增大再次充電當(dāng)充電結(jié)束時

i

=0，q最大（上極板）－LC＋－LC＋E電流

i

電荷量

q

都在周期性地變化放電

充電

放電

充電

周期性變化電容器里的電場強度

E線圈里的磁感應(yīng)強度

B放電

充電

放電

充電

放電過程：電場（

q

↓）→磁場（

i

↑）充電完畢狀態(tài)

q=Qm，i=0充電過程：磁場（

i

↓）→電場（

q↑）放電完畢狀態(tài)

q=0，i=Im振蕩電流

電路中出現(xiàn)的大小、方向都在發(fā)生周期性變化的電流，叫振蕩電流。電磁振蕩

在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷、通過線圈的電流，以及跟電荷和電流相聯(lián)系的電場和磁場都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩。電磁振蕩中的能量變化從能量的觀點來看，放電的過程，電場能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場能，在放電完畢的瞬間，電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能；線圈反方向充電時磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電場能；到反方向充電完畢的瞬間，磁場能全部轉(zhuǎn)化為電場能。所以，在電磁振蕩的過程中，電場能和磁場能會發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。q電場能i磁場能正最大最大0000正最大最大負最大最大0000負最大最大正最大最大000~

~

~

~

電容器剛要放電時q

最大，電場最強能量全部在電場中電場減弱

磁場增強電容器開始放電時能量全部在磁場中電容器放電完畢時磁場減弱

電場增強

電容器充電完畢LC

振蕩電路簡諧運動給電容器充電電容

C電感

L

（相當(dāng)于慣性）電荷量

q電流i電場能

E電磁場能

E磁用外力把擺球拉離平衡位置做功勁度系數(shù)k（或單擺的擺長

L）擺球的質(zhì)量

m（慣性）位移

x速度

v動能

Ek勢能

Ep電磁振蕩中的能量變化（1）電場能與電容器上的電荷量有關(guān)，電荷量

q

增大，電場能

E電

增大，電荷量

q

減小，電場能

E電

減?。?）磁場能與通過線圈的電流有關(guān)，電流

i

增大，磁場

E磁

增大，電流

i

減小，磁場能

E磁

減?。?）充電過程中，電荷量

q

增大，電流

i

減??；放電過程中，電荷量

q

減小，電流

i

增大（4）放電過程是電場能轉(zhuǎn)換為磁場能的過程（5）充電過程是磁場能轉(zhuǎn)換為電場能的過程（6）在理想的

LC

振蕩電路中，在任何時刻，電場能和磁場能的總和不變

小結(jié)_________________________電場能和磁場能的總和不變，那為什么電流會越來越小________3.對于LC回路產(chǎn)生電磁振蕩的過程，下列說法中錯誤的是()A.電容器放電完畢的時刻，回路中電流最小B.回路中電流最大的時刻，回路中磁場能最大C.電容器極板上所帶電荷量最大時，電場能最大D.回路中電流最小時刻，電容器所帶電荷量最大A經(jīng)典例題答案：A解析：電容器放電完畢時，帶電荷量為零，電場能為零，回路中的電流最大，磁場能最大，A錯誤，B正確；電容器充電完畢時，帶電荷量最大，電場能達到最大，C正確；回路中電流最小的時刻，磁場能最小，電場能最大，電容器所帶電荷量最大，D正確.A符合題意.4.如圖所示為某時刻LC振蕩電路所處的狀態(tài)，則該時刻()A.振蕩電流i在增大

B.電容器上的電荷量增多C.磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化

D.電流的變化率增大經(jīng)典例題A答案：A解析：A.圖示時刻電流流向負極板，即負極板失電子，可知，極板所帶電荷量減小，即電容器在放電，振蕩電流增大，A正確；B.根據(jù)上述可知，電容器處于放電狀態(tài)，電容器上的電荷量減小，B錯誤；C.根據(jù)上述，電容器處于放電狀態(tài)，電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化，C錯誤；D.根據(jù)上述，電容器處于放電狀態(tài)，電流增大，但電流增大得越來越慢，即電流變化率減小，D錯誤。故選A。電磁振蕩的周期和頻率1．周期和頻率：①電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間叫做周期②一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率

LC

回路的周期和頻率：由回路本身的特性決定

這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡稱振蕩電路的周期（或頻率）

2．在一個周期內(nèi)，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理論分析表明，LC電路的周期

T與電感

L、電容

C的關(guān)系是①式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz。②改變周期的方法：L

：線圈的大小、形狀、匝數(shù)、鐵芯3.固有周期和固有頻率如果沒有能量損失，也不受其他外界條件影響，這時的周期和頻率叫作振蕩電路的固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率。現(xiàn)代的實際電路中使用的振蕩器多數(shù)是晶體振蕩器。石英電子鐘里的晶體振蕩器5.為了增大無線電臺向空間發(fā)射無線電波的能力，對LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)可采用下列哪些措施()A.增大電容器極板的正對面積

B.增大電容器極板的間距C.增大自感線圈的匝數(shù)

D.提高供電電壓經(jīng)典例題B答案：B解析：要增大無線電臺向空間發(fā)射電磁波的能力，必須提高其振蕩頻率，由減小L和C可以提高f，要減小L可采取減少線圈匝數(shù)，向外抽出鐵芯的辦法，要減小C可采取增大極板間距、減小極板正對面積、減小介電常數(shù)的辦法。故選B。1.電磁振蕩

在LC振蕩電路中，電場能與磁場能相互轉(zhuǎn)化，電容器極板上的電荷量q、電路中的電流i、電容器里的電場強度E、線圈里的磁感應(yīng)強度B，都在周期性地變化著，這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。電荷量越大，電場強度越大，電壓越高1.如圖所示是某時刻LC振蕩電路中振蕩電流i的方向，下列對回路情況的判斷正確的是()A.若電路中電容的上板帶正電，則該電路中電流在增大B.若電路中電容的下板帶正電，則電感產(chǎn)生的磁場在增強C.若電路中電流i正在增大，則該電路中電容上的電荷量也在增大D.若電路中電流i

正在減小，則該電路中電容器里的電場必定向下A答案：A解析：A.若電路中電容的上板帶正電，則電容器在放電，該電路中電流在增大，故A正確；B.若電路中電容的下板帶正電，則電容器在充電，電感產(chǎn)生的磁場在減弱，故B錯誤；C.若電路中電流i正在增大，則電容器在放電，該電路中電容上的電荷量在減少，故C錯誤；D.若電路中電流i正在減小，則電容器在充電，電容的下板帶正電，該電路中電容器里的電場向上，故D錯誤。2.如圖為LC振蕩電路某時刻的狀態(tài)圖，不計電磁輻射，下列說法正確的是()A.電容器正在充電

B.振蕩電流正在變大C.線圈自感電動勢正在變小

D.電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化A答案：A解析：AD.由題圖可知，此時電流由上極板流向下極板，且下極板帶正電，則下極板的正電荷增加，此時電容器正在充電，則電容器中的電場能正在增大，磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化，故A正確，D錯誤；BC.由于線圈L中的磁場能正在減小，則振蕩電流正在變小，但電流變化率正在變大，所以線圈自感電動勢正在變大，故BC錯誤。故選A。3.為了測量儲罐中不導(dǎo)電液體的高度，設(shè)計如圖所示電路.電容C的兩極板插入儲罐的液體中，先將開關(guān)S接a，待電容器充滿電后，再接b，由電感線圈與電容器構(gòu)成的回路產(chǎn)生振蕩電流，根據(jù)振蕩電流的振蕩頻率變化情況測量儲罐中液體的高度.下列分析正確的是()A.若電流振蕩頻率減小，則電容器電容減小，罐中液面下降B.若電流振蕩頻率減小，則電容器電容增大，罐中液面上升C.若電