人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡学案及答案

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

4.1 电磁振荡 学案

学习目标

1、理解振荡电流、振荡电路及LC振荡电路的概念，了解LC振荡电路中振荡电流的产生过程。

2、了解LC振荡电流及其相关量的变化情况。

3、理解LC振荡电路中的能量变化。

4、了解固有周期和固有频率的公式。

重点难点

1、LC振荡电路中电磁振荡的产生以及在这个过程中能量的相互转化规律。（重点）

2、了解LC振荡电路中振荡电流变化过程中电场能与磁场能相互转化的规律，会分析电磁振荡完成一个周期性变化的过程中电容器的充、放电情况和线圈中电流的大小和方向的变化情况的关系。（难点）

自主探究

一、电磁振荡的产生

1、振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。

2、振荡电路：能产生振荡电流的电路。

3、LC振荡电路的放电、充电过程

（1）电容器放电：线圈有自感作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电荷逐渐减少；放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到最大值。该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能。

（2）电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有自感作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始反向充电，极板上的电荷逐渐增多，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大值。该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能。

二、电磁振荡的周期和频率

1、周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。

2、频率：1s内完成的周期性变化的次数。

如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫做振荡电路的固有周期和固有频率。

3、周期和频率公式：T＝2π，f＝。

探究思考

一、电磁振荡的变化规律

1、各物理量变化情况一览表

2、振荡电流i、极板带电荷量q、电场能、磁场能随时间的变化图像

3、分类分析

（1）同步关系

在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能是同步变化的，即：

振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能也是同步变化的，即：

（2）同步异向关系

在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的三个物理量与线圈中的三个物理量是同步异向变化的，即同时减小时，同时增大，也即：，同步异向变化，。

【典例一】1、LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(   )

A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由a向b

B.若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电

C.若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带负电

D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b

解题思路：由安培定则可知，电流方向由b到a；若磁场正在减弱，可知电容器处于充电状态，电场能正在增大，电流方向由b到a，所以电容器下极板带正电，上极板带负电，故A错误，B正确；若磁场正在增强，可知电容器处于放电状态，电场能正在减小，电流方向由b到a，所以电容器上极板带正电，故C、D错误。

答案：B

二、电磁振荡与简谐运动的比较

【典例二】2、LC振荡电路中电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图所示，则(   )

A.在时刻，电路中的电流最大 B.在时刻，电路的磁场能最大

C.从至时刻，电路的电场能不断增大 D.从至时刻，电容器带的电荷量不断增多

解题思路：在时刻电路中电容器两端的电压最大，故两极板之间的电场最强，电场能最大，根据能量守恒可知此时磁场能最小，故在时刻电路中的电流为0，故A错误；在时刻电路中电容器两端的电压为0，两极板之间的电场强度为0，故电场能为0，根据能量守恒可知此时磁场能最大，故B正确；从至时刻，电容器两端的电压逐渐增大，故两极板之间的电场逐渐增强，则电路的电场能不断增大，故C正确；从至时刻，电容器两端的电压逐渐减小，根据可知电容器带的电荷量不断减小，故D错误。

答案： BC

随堂训练

1、在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法中错误的是(   )

A.电容器放电完毕时刻，回路中电流最小

B.回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大

C.电容器极板上所带电荷量最大时，电场能最大

D.回路中电流值最小的时刻，电容器带电荷量最大

答案：A

2、有一个LC回路能产生一定波长的电磁波，若要产生比原来波长短的电磁波，则可以(   )

A.增加线圈匝数
B.在线圈中插入铁芯
C.减小电容器两极板的正对面积
D.减小电容器两极板间的距离

答案：C

3、LC回路中电容器两极板间的电压U随时间t变化的关系如图所示，则(   )

A.在t1时刻，电路中的电流最大
B.在t2时刻，电路中的磁场能最小
C.在t2~t3时间内，电路中的电场能不断增大
D.在t3~t4时间内，电容器的带电荷量不断增大

答案：C

4、如图所示，LC振荡电路导线及电感线圈的电阻忽略不计，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且电流正在增大，则(   )

A.这时电容器A板带负电荷，B板带正电荷
B.因电流正在增大，M、N间的电势差也随之增大
C.当M、N间电势差随电流的变化达到最大值时，磁场能刚好向电场能转化完毕
D.题中所述时刻线圈中产生的感应电动势正在变大

答案：AC