新教材2023-2024學(xué)年高中物理第4章電磁振蕩與電磁波1電磁振蕩課件新人教版選擇性必修第二冊(cè)

第四章1電磁振蕩學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是LC振蕩電路和振蕩電流。(物理觀念)2.知道LC振蕩電路中振蕩電流的產(chǎn)生過(guò)程,知道電磁振蕩過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化情況。(物理觀念)3.會(huì)求LC振蕩電路的周期與頻率。(科學(xué)思維)4.探究電磁振蕩過(guò)程中各物理量的變化規(guī)律。(科學(xué)探究)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、電磁振蕩的產(chǎn)生

1.振蕩電流:大小和方向都做

迅速變化的電流。

2.振蕩電路:產(chǎn)生

的電路。

3.電磁振蕩:電路中的電流i、電容器極板上的電荷量q、電容器里的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,都在

著。這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。

頻率很高的交變電流

電場(chǎng)、磁場(chǎng)周期性變化

周期性

振蕩電流周期性地變化二、電磁振蕩中的能量轉(zhuǎn)化從能量的觀點(diǎn)來(lái)看,電容器剛要放電時(shí),電容器里的電場(chǎng)

,電路里的能量全部?jī)?chǔ)存在電容器的電場(chǎng)中;電容器開始放電后,電容器里的電場(chǎng)逐漸

,線圈的磁場(chǎng)逐漸

,電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為

;在放電完畢的瞬間,電場(chǎng)能

轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能;之后,線圈的磁場(chǎng)逐漸

,電容器里的電場(chǎng)逐漸

,磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為

;到反方向充電完畢的瞬間,磁場(chǎng)能

轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。所以,在電磁振蕩的過(guò)程中,電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能會(huì)發(fā)生

的轉(zhuǎn)化。

電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能之間相互轉(zhuǎn)化

最強(qiáng)減弱增強(qiáng)磁場(chǎng)能全部減弱增強(qiáng)電場(chǎng)能全部周期性三、電磁振蕩的周期和頻率1.周期T=

。

2.頻率f=

。

3.用可調(diào)電容器或可調(diào)電感的線圈組成電路,改變

或

,振蕩電路的周期和頻率就會(huì)隨著改變。

LC回路的周期

電容器的電容線圈的電感情境鏈接如圖所示,將開關(guān)S擲向1,給電容器充電,再將開關(guān)擲向2,從此時(shí)起,電容器通過(guò)線圈放電,線圈中是否會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)?自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生什么效果?線圈中的電流怎樣變化?電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為什么形式的能?當(dāng)線圈中的電流減小時(shí),是否會(huì)對(duì)電容器充電?此時(shí)線圈的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為什么形式的能?提示

線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),線圈中會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙線圈中電流的變化,電流逐漸增大,電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為線圈的磁場(chǎng)能;線圈中電流減小時(shí),對(duì)電容器充電,線圈的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能。教材拓展LC振蕩電路的周期和頻率與哪些因素有關(guān)?與電容器電荷量多少和電流的大小有什么關(guān)系?提示

LC振蕩電路的周期和頻率與線圈的電感和電容器的電容有關(guān),與電容器電荷量多少和電流的大小無(wú)關(guān)。易錯(cuò)辨析(1)LC振蕩電路中,電容器放電電流最大時(shí)極板上電荷為0。(

)(2)LC振蕩電路中,電容器放電完畢時(shí),回路中磁場(chǎng)能最小,電場(chǎng)能最大。(

)(3)LC振蕩電路中,僅更換電感L更大的線圈,自感電動(dòng)勢(shì)變大,周期變長(zhǎng)。(

)√×提示

LC振蕩電路的電容器放電完畢時(shí),回路中磁場(chǎng)能最大,電場(chǎng)能最小?！讨仉y探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)振蕩過(guò)程中各物理量的變化情況導(dǎo)學(xué)探究如圖所示裝置,先把開關(guān)扳到電源一邊,給電容器充電,稍后把開關(guān)扳到線圈一邊,讓電容器通過(guò)線圈放電,會(huì)觀察到電流表指針有何變化?說(shuō)明什么問(wèn)題?要點(diǎn)提示

指針左右擺動(dòng),說(shuō)明電路中產(chǎn)生了大小和方向變化的電流。

知識(shí)歸納1.用圖像對(duì)應(yīng)分析:振蕩過(guò)程中電流i和極板上的電荷量q之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系甲

以逆時(shí)針方向電流為正

乙

圖中q為上極板的電荷量

2.相關(guān)量與電路狀態(tài)的對(duì)應(yīng)情況

電路狀態(tài)abcde時(shí)刻t0T電荷量q最多0最多0最多電場(chǎng)能最大0最大0最大電流i0正向最大0反向最大0磁場(chǎng)能0最大0最大03.三個(gè)關(guān)系(1)同步同變關(guān)系在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過(guò)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(qiáng)度B、磁場(chǎng)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(guò)程中,電容器上的三個(gè)物理量q、E、EE增大時(shí),線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB減小,且它們的變化是同步的,即q、E、EE↑i、B、EB↓。(3)物理量的等式關(guān)系

應(yīng)用體驗(yàn)【例題】

(多選)如圖所示,L為一電阻可忽略的線圈,D為一燈泡,C為電容器,開關(guān)S處于閉合狀態(tài),燈泡D正常發(fā)光,現(xiàn)突然斷開S,并開始計(jì)時(shí),能正確反映電容器a極板上電荷量q及LC回路中電流i(規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)檎?隨時(shí)間變化的圖像是(圖中q為正值,表示a極板帶正電)(

)BC解析

S斷開前,線圈L短路,線圈中電流從上到下,電容器不帶電;S斷開時(shí),線圈L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙電流減小,給電容器C充電,此時(shí)LC回路中電流i沿順時(shí)針方向(正向)最大;給電容器充電過(guò)程,電容器帶的電荷量最大時(shí)(a板帶負(fù)電),線圈L中電流減為零。此后,LC回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流。綜上所述,選項(xiàng)B、C正確。方法技巧

LC振蕩電路充、放電過(guò)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(guò)程;反之,處于放電過(guò)程。(2)根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷:當(dāng)電容器的電荷量q(U、E)增大時(shí),處于充電過(guò)程;反之,處于放電過(guò)程。(3)根據(jù)能量判斷:電場(chǎng)能增加時(shí),處于充電過(guò)程;磁場(chǎng)能增加時(shí),處于放電過(guò)程。對(duì)點(diǎn)演練如圖所示,LC振蕩電路中,已知某時(shí)刻電流i沿順時(shí)針方向,且正在增大,則(

)A.A板帶正電B.A、B兩板間的電壓在增大C.電容器C正在充電D.電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能D解析

電流i正在增大,磁場(chǎng)能增大,電容器在放電,電場(chǎng)能減小,電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)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錯(cuò)誤;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錯(cuò)誤。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)12341.(電磁振蕩過(guò)程中各物理量的變化)如圖所示是LC振蕩電路中振蕩電流與時(shí)間的關(guān)系圖線,若電容器開始放電的時(shí)刻為t=0,則下列說(shuō)法正確的是(

)A.在t=0時(shí),線圈中的磁場(chǎng)能最小B.在t=1s時(shí),電容器中電場(chǎng)能最大C.在t=2s時(shí),電容器放電結(jié)束D.在t=3s時(shí),電容器充電結(jié)束A解析

電容器放電過(guò)程中,電流增大,磁場(chǎng)能增加,電場(chǎng)能減少,也就是磁場(chǎng)能的大小由電流的大小決定,選項(xiàng)A正確。12342.(電磁振蕩的周期和頻率)如圖所示是某電器元件廠生產(chǎn)的可調(diào)電容器,把它接在L不變的LC振蕩電路中,為了使振蕩的頻率從700Hz變?yōu)?400Hz,可采取的辦法有(

)A.電容增大到原來(lái)的4倍B.電容增大到原來(lái)的2倍D123412343.(電磁振蕩的頻率)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A的間距,電容減小,故A正確;升高電容器的充電電壓,電容不變,故B錯(cuò)誤;增加線圈的匝數(shù)、在線圈中插入鐵芯,自感系數(shù)增大,故C、D錯(cuò)誤。12344.(電磁振蕩過(guò)程中各物理量的變化)(多選)在如圖甲所示的LC振蕩電路中,通過(guò)P點(diǎn)的電流變化規(guī)律如圖乙所示?，F(xiàn)規(guī)定電路中電流沿順時(shí)針方向?yàn)檎?則(

)A.0.5s至1.0s時(shí)間內(nèi),電容器充電B.0.5s至1.0s時(shí)間內(nèi),電容器上極板帶的是正電C.1.0s至1.5s時(shí)間內(nèi),磁場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能D.1.0s至1.5s時(shí)間內(nèi),下極板的電勢(shì)高AD1234解析

由振蕩電流的圖像可知,在0.5~1.0

s的時(shí)間內(nèi),電流的方向?yàn)檎较?且電流值正在減小,說(shuō)明電容器