人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案2：4 1 電磁振蕩

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE14.1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。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)程中能量的轉(zhuǎn)化情況。3．知道電磁振蕩的周期與頻率。〖自主學(xué)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)一電磁振蕩的產(chǎn)生電磁振蕩中的能量變化〖新知導(dǎo)入〗如圖所示，將開(kāi)關(guān)S擲向1，先給電容器充電；再將開(kāi)關(guān)S擲向2，使電容器通過(guò)線圈放電。(1)電容器通過(guò)線圈放電過(guò)程中，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？(2)在電容器反向充電過(guò)程中，線圈中的電流如何變化？電容器和線圈中的能量是如何轉(zhuǎn)化的？(3)線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的作用是什么？〖知識(shí)梳理〗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：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。3．LC振蕩電路：由電感線圈L和電容器C組成的電路，是最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱為L(zhǎng)C振蕩電路。如圖所示。4．電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器極板上的電荷量q，電路中的電流i，電容器里面的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，都在周期性地變化著。這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。5．電磁振蕩中的能量變化(1)能量轉(zhuǎn)化：電容器放電過(guò)程中，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化。電容器充電過(guò)程中，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化。(2)無(wú)能量損失時(shí)，振蕩電路做等幅振蕩。(3)實(shí)際振蕩電路中有能量損失,通過(guò)適時(shí)補(bǔ)充能量給振蕩電路,可使振蕩電路做等幅振蕩?！夹≡嚺５丁?．判斷正誤。(1)要產(chǎn)生持續(xù)變化的電流，可以通過(guò)線圈和電容器組成的電路實(shí)現(xiàn)。()(2)LC振蕩電路的電容器放電完畢時(shí)，回路中磁場(chǎng)能最小，電場(chǎng)能最大。()(3)LC振蕩電路中電流增大時(shí)，電容器上的電荷量一定減少。()(4)振蕩電路中，電容器里的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B都在周期性地變化。()2．〖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(kāi)關(guān)S處于閉合狀態(tài)，燈泡D正常發(fā)光?，F(xiàn)突然斷開(kāi)S，并開(kāi)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?lè)较驗(yàn)檎较?隨時(shí)間變化的圖像是(圖中q為正值表示a極板帶正電)()知識(shí)點(diǎn)二電磁振蕩的周期和頻率〖新知導(dǎo)入〗如圖所示的電路，(1)如果僅將線圈更換為自感系數(shù)L更大的線圈，將開(kāi)關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開(kāi)關(guān)S擲向2，電容器通過(guò)線圈放電，線圈的“阻礙”作用是否也更大？電容器的充放電時(shí)間會(huì)長(zhǎng)些還是短些？(2)如果僅將電容器更換為電容C更大的電容器，將開(kāi)關(guān)S擲向1，先給電容器充電，電容器的帶電荷量是否增大？再將開(kāi)關(guān)S擲向2，電容器通過(guò)線圈放電，放電時(shí)間是否相應(yīng)地變長(zhǎng)？〖知識(shí)梳理〗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：周期的倒數(shù)，數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)。如果振蕩電路沒(méi)有能量損失，也不受其他外界影響，這時(shí)的周期和頻率叫作振蕩電路的固有周期和固有頻率。3．LC電路的周期和頻率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))。其中周期T、頻率f、電感L、電容C的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。4．實(shí)際電路中的晶體振蕩器：其工作原理與LC振蕩電路的原理基本相同。〖小試牛刀〗1．判斷正誤。(1)LC振蕩電路中，電容器的某一極板，從帶最多的正電荷放電開(kāi)始到這一極板帶最多的負(fù)電荷為止，這一段時(shí)間為一個(gè)周期。()(2)要提高LC振蕩電路的振蕩頻率，可以減小電容器極板的正對(duì)面積。()(3)電磁振蕩的一個(gè)周期內(nèi)，電場(chǎng)能的變化周期與電流變化周期相同。()(4)LC電路中的電感L變小，其振蕩頻率也變小。()2．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〖課堂探究〗一、電磁振蕩的變化規(guī)律探究1：在電磁振蕩的過(guò)程中，電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化，什么時(shí)候磁場(chǎng)能最大？什么時(shí)候電場(chǎng)能最大？〖要點(diǎn)歸納〗1．振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像2．LC電路振蕩過(guò)程中各物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系帶電荷量q電場(chǎng)強(qiáng)度E電壓u電場(chǎng)能E電電流i磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁場(chǎng)能E磁0→eq\f(T,4)電容器放電減小減小減小減小增大增大增大t＝eq\f(T,4)時(shí)刻0000最大最大最大eq\f(T,4)→eq\f(T,2)反向充電增大增大增大增大減小減小減小t＝eq\f(T,2)時(shí)刻最大最大最大最大000eq\f(T,2)→eq\f(3T,4)反向放電減小減小減小減小增大增大增大t＝eq\f(3T,4)時(shí)刻0000最大最大最大eq\f(3T,4)→T電容器充電增大增大增大增大減小減小減小例1〖多選〗在如圖甲所示的LC振蕩電路中，通過(guò)P點(diǎn)的電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示，若把通過(guò)P點(diǎn)向右的電流規(guī)定為i的正方向，則()A．0至0.5ms內(nèi)，電容器C正在充電 B．0.5ms至1ms內(nèi)，電容器上極板帶正電C．1ms至1．5ms內(nèi)，Q點(diǎn)比P點(diǎn)電勢(shì)高D．1．5ms至2ms內(nèi)，磁場(chǎng)能在減少規(guī)律方法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)，電容器的電荷量增加，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于充電過(guò)程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí)，電荷量減少，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過(guò)程。(2)根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷：當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、場(chǎng)強(qiáng)E)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B)減小時(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)充電，磁場(chǎng)能增加時(shí)放電。二、LC振蕩電路的周期和頻率探究2：為了測(cè)量?jī)?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C置于儲(chǔ)罐中，通過(guò)開(kāi)關(guān)S與電感L或電源相連。當(dāng)開(kāi)關(guān)從a撥到b時(shí)，由電感L與電容C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生振蕩電流。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高度降低時(shí)，所測(cè)得的LC回路振蕩電流的頻率如何變化？〖要點(diǎn)歸納〗對(duì)“LC振蕩電路”固有周期和固有頻率的理解(1)LC振蕩電路的周期、頻率都由電路本身的特性(L和C的值)決定，與電容器極板上電荷量的多少、極板間電壓的高低、是否接入電路中等因素?zé)o關(guān)，所以稱為L(zhǎng)C振蕩電路的固有周期和固有頻率。(2)使用周期公式時(shí)，一定要注意單位，T、L、C、f的單位分別是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫茲(Hz)。(3)電感L和電容C在LC振蕩電路中既是能量的轉(zhuǎn)換器，又決定著這種轉(zhuǎn)換的快慢，L或C越大，能量轉(zhuǎn)換時(shí)間也越長(zhǎng)，故固有周期也越長(zhǎng)。(4)電路中的電流i、線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電容器極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E的變化周期等于LC電路的振蕩周期，即T＝2πeq\r(LC)，在一個(gè)周期內(nèi)上述各量方向改變兩次；電容器極板上所帶的電荷量，其變化周期也等于振蕩周期，即T＝2πeq\r(LC)，極板上電荷的電性在一個(gè)周期內(nèi)改變兩次；電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能也在做周期性變化，但是它們的變化周期是振蕩周期的一半，即T′＝eq\f(T,2)＝πeq\r(LC)。例2LC振蕩電路的電容C＝556pF，電感L＝1mH，則其周期是多少？(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)規(guī)律方法解電磁振蕩周期相關(guān)題目的方法(1)明確振蕩周期T＝2πeq\r(LC)，即T取決于L，C，與極板所帶電荷量、兩板間電壓無(wú)關(guān)。(2)明確電感線圈的自感系數(shù)L及電容C由哪些因素決定。L一般由線圈的長(zhǎng)度、橫截面積、單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)及有無(wú)鐵芯決定；由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，電容C與電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr、極板正對(duì)面積S及板間距離d有關(guān)。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)一電磁振蕩的產(chǎn)生電磁振蕩中的能量變化〖新知導(dǎo)入〗(1)電容器放電過(guò)程中，線圈中的電流逐漸增大，電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。(2)在電容器反向充電過(guò)程中，線圈中的電流逐漸減小，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能。(3)線圈中電流變化時(shí)，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化?！夹≡嚺５丁?．√×√√2．〖答案〗BC〖解析〗S斷開(kāi)前，電容器C短路，線圈中電流從上向下，電容器不帶電；S斷開(kāi)時(shí)，線圈L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流減小，電容器C充電，此時(shí)LC回路中電流i沿順時(shí)針?lè)较?正向)最大；電容器充電過(guò)程，電容器帶電荷量最大時(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。知識(shí)點(diǎn)二電磁振蕩的周期和頻率〖新知導(dǎo)入〗(1)“阻礙”作用更大時(shí)間變長(zhǎng)。(2)帶電荷量增大放電時(shí)間變長(zhǎng)?！夹≡嚺５丁?．×√××2．〖答案〗A〖解析〗LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，要想增大頻率，應(yīng)該減小電容C，或減小線圈的自感系數(shù)L，再根據(jù)C＝eq\f(εrS,4πkd)可知增大電容器兩極板的間距，電容減小，所以A正確；升高電容器的充電電壓，電容不變，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，頻率減小，故C、D錯(cuò)誤?！颊n堂探究〗探究1：放電剛結(jié)束時(shí)，電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化成了磁場(chǎng)能，磁場(chǎng)能最大；充電剛結(jié)束時(shí)，磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化成了電場(chǎng)能，電場(chǎng)能最大。例1〖答案〗CD〖解析〗由題圖乙知0至0.5ms內(nèi)i在增大，電容器正在放電，A錯(cuò)誤。0.5ms至1ms內(nèi)，電流在減小，應(yīng)為充電過(guò)程，電流方向不變，電容器上極板帶負(fù)電，B錯(cuò)誤。在1ms至1.5ms內(nèi)，為放電過(guò)程，電流方向改變，Q