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(cè)）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(guò)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(guò)程中電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律3.分析電磁振蕩完成一個(gè)周期性變化的過(guò)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(jī)械振動(dòng)形成的。一顆石子投入水面會(huì)激起一陣漣漪，但是要形成持續(xù)的水波，則需要不斷地?fù)舸蛩妗ｋ娨?、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(dòng)漫作品中，現(xiàn)代社會(huì)中，看得見“千里以外的事物，聽得到“隨風(fēng)而來(lái)的聲音”，這些都實(shí)現(xiàn)了嗎？是如何實(shí)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(jī)械振動(dòng)形成的。一顆石子投入水面會(huì)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(guò)線圈和電容器組成的電路實(shí)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(shí)驗(yàn)：觀察振蕩電路中電壓的波形（1）實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(guò)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(shí)驗(yàn)：觀察振蕩電路中電壓的波形觀察演示實(shí)驗(yàn)，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(gè)極板上，觀察電流變化觀察到電流表指針左右擺動(dòng)幾次后停止ECSL示波器顯示的電壓波形的振幅越來(lái)越小電容器放電時(shí)，電路中電流發(fā)生變化，由于電感線圈的自感作用，對(duì)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(chǎng)正在減弱，可知電容器處于充電狀態(tài)，電場(chǎng)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(fù)電，故A錯(cuò)誤，B正確；若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，可知電容器處于放電狀態(tài)，電場(chǎng)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(cuò)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(jiǎn)單的振蕩電路，稱為L(zhǎng)C

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(shí)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(guò)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(shí)

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(méi)有立刻達(dá)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(shí)

i

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

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(shí)

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(shí)

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(chǎng)強(qiáng)度

E線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度

B放電

充電

放電

充電

放電過(guò)程：電場(chǎng)（

q

↓）→磁場(chǎng)（

i

↑）充電完畢狀態(tài)

q=Qm，i=0充電過(guò)程：磁場(chǎng)（

i

↓）→電場(chǎng)（

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(guò)程中，電容器極板上的電荷、通過(guò)線圈的電流，以及跟電荷和電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(diǎn)來(lái)看，放電的過(guò)程，電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，在放電完畢的瞬間，電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能；線圈反方向充電時(shí)磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能；到反方向充電完畢的瞬間，磁場(chǎng)能全部轉(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)生周期性的轉(zhuǎn)化。q電場(chǎng)能i磁場(chǎng)能正最大最大0000正最大最大負(fù)最大最大0000負(fù)最大最大正最大最大000~

~

~

~

電容器剛要放電時(shí)q

最大，電場(chǎng)最強(qiáng)能量全部在電場(chǎng)中電場(chǎng)減弱

磁場(chǎng)增強(qiáng)電容器開始放電時(shí)能量全部在磁場(chǎng)中電容器放電完畢時(shí)磁場(chǎng)減弱

電場(chǎng)增強(qiáng)

電容器充電完畢LC

振蕩電路簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(chǎng)能

E電磁場(chǎng)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(zhǎng)

L）擺球的質(zhì)量

m（慣性）位移

x速度

v動(dòng)能

Ek勢(shì)能

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

q

增大，電場(chǎng)能

E電

增大，電荷量

q

減小，電場(chǎng)能

E電

減小（2）磁場(chǎng)能與通過(guò)線圈的電流有關(guān)，電流

i

增大，磁場(chǎng)

E磁

增大，電流

i

減小，磁場(chǎng)能

E磁

減小（3）充電過(guò)程中，電荷量

q

增大，電流

i

減小；放電過(guò)程中，電荷量

q

減小，電流

i

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

LC

振蕩電路中，在任何時(shí)刻，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的總和不變

小結(jié)_________________________電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的總和不變，那為什么電流會(huì)越來(lái)越小________3.對(duì)于LC回路產(chǎn)生電磁振蕩的過(guò)程，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A.電容器放電完畢的時(shí)刻，回路中電流最小B.回路中電流最大的時(shí)刻，回路中磁場(chǎng)能最大C.電容器極板上所帶電荷量最大時(shí)，電場(chǎng)能最大D.回路中電流最小時(shí)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(shí)，帶電荷量為零，電場(chǎng)能為零，回路中的電流最大，磁場(chǎng)能最大，A錯(cuò)誤，B正確；電容器充電完畢時(shí)，帶電荷量最大，電場(chǎng)能達(dá)到最大，C正確；回路中電流最小的時(shí)刻，磁場(chǎng)能最小，電場(chǎng)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(shí)刻LC振蕩電路所處的狀態(tài)，則該時(shí)刻()A.振蕩電流i在增大

B.電容器上的電荷量增多C.磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)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(shí)刻電流流向負(fù)極板，即負(fù)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(cuò)誤；C.根據(jù)上述，電容器處于放電狀態(tài)，電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，C錯(cuò)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(lái)越慢，即電流變化率減小，D錯(cuò)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(shí)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(jiǎn)稱振蕩電路的周期（或頻率）

2．在一個(gè)周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場(chǎng)能（或磁場(chǎng)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(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。現(xiàn)代的實(shí)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(wú)線電臺(tái)向空間發(fā)射無(wú)線電波的能力，對(duì)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(duì)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(wú)線電臺(tái)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(duì)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(chǎng)能與磁場(chǎng)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(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。電荷量越大，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，電壓越高1.如圖所示是某時(shí)刻LC振蕩電路中振蕩電流i的方向，下列對(duì)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(chǎng)在增強(qiáng)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(chǎng)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(chǎng)在減弱，故B錯(cuò)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(cuò)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(chǎng)向上，故D錯(cuò)誤。2.如圖為L(zhǎng)C振蕩電路某時(shí)刻的狀態(tài)圖，不計(jì)電磁輻射，下列說(shuō)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(dòng)勢(shì)正在變小

D.電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化A答案：A解析：AD.由題圖可知，此時(shí)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(shí)電容器正在充電，則電容器中的電場(chǎng)能正在增大，磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，故A正確，D錯(cuò)誤；BC.由于線圈L中的磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)正在變大，故BC錯(cuò)誤。故選A。3.為了測(cè)量?jī)?chǔ)罐中不導(dǎo)電液體的高度，設(shè)計(jì)如圖所示電路.電容C的兩極板插入儲(chǔ)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(cè)量?jī)?chǔ)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