高中物理-選擇性必修2-第四章-1-電磁振蕩

高中物理選擇性必修第二冊(cè)

人教版1電磁振蕩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)程及回路中的能量轉(zhuǎn)化情況。3.知道電磁振蕩的周期和頻率公式,并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。1.振蕩電流和振蕩電路(1)振蕩電流:大小和①

方向

都做周期性迅速變化的電流。(2)振蕩電路:產(chǎn)生②

振蕩電流

的電路。最簡(jiǎn)單的振蕩電路為L(zhǎng)C振蕩電路。2.電磁振蕩的過(guò)程電容器放電過(guò)程:電容器剛要放電時(shí),電容器里的電場(chǎng)最強(qiáng),電路里的能量全部?jī)?chǔ)存

在電容器的電場(chǎng)中;電容器開(kāi)始放電后,由于線圈的自感作用,放電電流由零逐漸增

大,電容器極板上的電荷逐漸③

減少

,電容器里的電場(chǎng)逐漸減弱,線圈的磁場(chǎng)逐

漸增強(qiáng),電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為④

磁場(chǎng)能

,放電完畢時(shí),放電電流達(dá)到最大值,電場(chǎng)能

全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。1|電磁振蕩的產(chǎn)生和能量變化電容器充電過(guò)程:電容器放電完畢后,由于線圈的自感作用,電流會(huì)保持原來(lái)的⑤

方向

并逐漸減小,電容器將進(jìn)行⑥

反方向充電

,線圈的磁場(chǎng)逐漸減弱,電容器里的電場(chǎng)逐漸增強(qiáng),磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,反方向充電完畢時(shí),電流減小為零,電容器極板上的電荷最多,磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。此后,這樣充電和放電的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行下去。導(dǎo)師點(diǎn)睛(1)振蕩電流是充、放電電流。(2)振蕩電流實(shí)際上就是交變電流,由于頻率很高,習(xí)慣上稱之為振蕩電流。3.電磁振蕩的實(shí)質(zhì)在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程中,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,都在發(fā)生⑦

周期性

的變化。

這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。易錯(cuò)警示電磁振蕩并不是只指振蕩電流的周期性變化,而是指振蕩電路中所涉

及的所有物理量的周期性變化。1.周期T:電磁振蕩完成一次⑧

周期性變化

需要的時(shí)間。2.頻率f:在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)完成的周期性變化的⑨

次數(shù)

。3.LC電路的周期(頻率)公式(1)周期公式:T=⑩

2π

。(2)頻率公式:f=

。其中,周期T、頻率f、自感系數(shù)L、電容C的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。2|電磁振蕩的周期和頻率1.在LC振蕩電路中,電容器放電時(shí)間的長(zhǎng)短決定于電容C和電感L的數(shù)值。(√)2.LC振蕩電路中電容器兩極板上的電荷量為零時(shí),線圈中振蕩電流最大。(√)3.在LC振蕩電路中,電感L和電容C都減小一半,可以使振蕩頻率增大一倍。(

√)4.在LC振蕩電路中,已知電容器的電容為C,振蕩電流i=Imsinωt,則此電路中線圈的

自感系數(shù)為ω2C。

(

?)ω=

=

,則L=

。判斷正誤，正確的畫(huà)“√”，錯(cuò)誤的畫(huà)“?”。1|電磁振蕩的產(chǎn)生情境

我們的生活離不開(kāi)貨幣,但是在校園內(nèi)頻繁使用現(xiàn)金很不方便,尤其是還要找零。現(xiàn)在我們有了校園一卡通(如圖甲所示),無(wú)論是吃飯、打水,還是購(gòu)買(mǎi)生活用品,只要在校園內(nèi)帶一張卡就可以,極大地方便了我們的生活。其實(shí)校園一卡通的結(jié)構(gòu)并不是十分復(fù)雜,卡內(nèi)主體就是一個(gè)集成電路芯片和一個(gè)LC振蕩器,如圖乙所示。甲乙問(wèn)題1.如圖乙所示,先將單刀雙擲開(kāi)關(guān)S撥到b,給電容器C充電,再將開(kāi)關(guān)S撥到a,之后將

會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?說(shuō)明了什么?提示:電流表G的指針左右擺動(dòng)。說(shuō)明電流的方向在做周期性變化。2.圖乙中,為什么電容器放電時(shí)電流表G指針往復(fù)擺動(dòng)的幅度越來(lái)越小?提示:回路中有能量損失。3.如果能夠適時(shí)地把能量補(bǔ)充到振蕩電路中,振蕩電流、電荷量能保持最大值不變嗎?提示:能。4.LC振蕩電流是一種什么性質(zhì)的電流?按什么規(guī)律變化?提示:LC振蕩電流實(shí)質(zhì)上是交變電流,按正弦(或余弦)規(guī)律變化。電磁振蕩在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程中,電路中的電流、電容器極板上的電荷量,以及電容器里的電場(chǎng)強(qiáng)度、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度都在發(fā)生周期性的變化,這種現(xiàn)象就

是電磁振蕩。電磁振蕩過(guò)程分析LC電路中電磁振蕩規(guī)律可用圖表示:(圖中↑表示增大,↓表示減小)固有周期和固有頻率如果沒(méi)有能量損失,也不受其他外界條件影響,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,簡(jiǎn)稱振蕩電路的周期和頻率。LC振蕩電路的周期和頻率公式(1)周期公式:T=2π

;(2)頻率公式:f=

。2|

LC振蕩電路的周期和頻率影響LC振蕩電路的周期和頻率的因素由LC振蕩電路的周期和頻率的公式知,要改變振蕩電路的周期和頻率,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的因素有:線圈的大小、形狀、匝數(shù),以及有無(wú)鐵芯等。匝數(shù)

越多,自感系數(shù)L越大,線圈插入鐵芯時(shí)的自感系數(shù)比無(wú)鐵芯時(shí)的大。影響平行板電容器電容C的因素有:兩極板的正對(duì)面積S、兩極板間電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr,以及兩極板間距d,由C=

判斷電容C的變化情況。電磁振蕩中的電流i、極板間電壓u、極板上的電荷量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB隨時(shí)間變化的規(guī)律及各量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如圖所示。3|

LC電路中各量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系及其變化規(guī)律時(shí)刻t0

T電荷量q最多0最多0最多電壓u最大0最大0最大電場(chǎng)能EE最大0最大0最大電場(chǎng)強(qiáng)度E最大0最大0最大電流i0最大0最大0磁場(chǎng)能EB0最大0最大0磁感應(yīng)強(qiáng)度B0最大0最大0同步同變關(guān)系由LC電路中各量間對(duì)應(yīng)關(guān)系及變化規(guī)律可以看出,在LC電路發(fā)生電磁振蕩的過(guò)程

中,電容器的四個(gè)物理量:電荷量q、電壓u、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同步同向變

化的,即q↓—u↓—E↓—EE↓(或q↑—u↑—E↑—EE↑)。線圈的三個(gè)物理量:振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB也是同步同向變化的,即i

↑—B↑—EB↑(或i↓—B↓—EB↓)。同步異變關(guān)系在LC電路發(fā)生電磁振蕩的過(guò)程中,電容器的四個(gè)物理量q、u、E、EE與線圈的三個(gè)

物理量i、B、EB是同步異向變化的,即q、u、E、EE同時(shí)減小時(shí),i、B、EB同時(shí)增大,

且它們是同步的。物理量的等式關(guān)系振蕩電流i=

,自感電動(dòng)勢(shì)E自=L·

,振蕩周期T=2π

。極值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

i=0時(shí),q最大,u最大,E最大,EE最大,E自(E自