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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡教学演示ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡教学演示ppt课件，共50页。PPT课件主要包含了电磁振荡，目标体系构建，课前预习反馈，周期性，振荡电路，反向充电，电场中，电场能，磁场能，周期性变化等内容，欢迎下载使用。
1．通过实验，了解电磁振荡。2．体会LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况。3．了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式，了解实际生产生活中调节振荡电路频率的基本方法。
1．物理观念：理解电场能、磁场能在相互转化过程中的能量守恒观，体会i与磁场、q与电场的因果观。2．科学探究：探究电磁振荡中q、i、E、B、电场能、磁场能之间的关系。3．科学思维：用类比的思想对电磁振荡与机械振动进行对比，通过揭示相关量深入理解电磁振荡。4．科学态度与责任：培养学生实事求是的科学态度。
1．振荡电流大小和方向都做_________迅速变化的电流，叫作振荡电流。2．振荡电路能产生振荡电流的电路叫作___________。3．振荡过程如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器要对线圈放电：
(1)放电过程：由于线圈的_______作用放电电流不能立刻达到最大值，由0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷________。放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到_______。(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的_______作用，电流并不会立刻消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始___________，极板上的电荷逐渐_______，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到_______。此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流。
『判一判』(1)LC振荡电路是最简单的振荡电路。( )(2)LC振荡回路中的振荡电流，按正弦规律变化，即是正弦交流电。( )
1．电容器放电过程中从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电路里的能量全部储存在电容器的_________，电容器放电的过程，就是_________逐渐转化为_________的过程。2．电容器充电过程中从能量的观点来看：在充电的过程中，_________逐渐转化为_________。3．在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生_________的转化。如果没有能量损失，振荡可以永远持续下去，振荡电流的_______保持不变。
『判一判』(3)在LC振荡电路里，随着电容器的充放电，电场能与磁场能不断地转化。( )(4)实际的LC振荡是阻尼振荡，如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。( )
『选一选』在LC振荡电路中，当电容器的电荷量最大时( )A．电场能正在向磁场能转化B．电场能开始向磁场能转化C．电场能向磁场能转化完毕D．磁场能正在向电场能转化解析：LC振荡电路中，电容器的电荷量最大时，电场能最大，磁场能最小为零，电场能开始向磁场能转化，B正确。
『想一想』课本演示实验中得到的电压如图所示，该电流是振荡电流吗？解析：是，演示实验中电压、电流都做周期性变化是振荡电流，只是由于电路中能量损耗，振幅在变小是阻尼振荡。
1．周期电磁振荡完成一次_____________需要的时间叫作周期。2．频率单位时间内完成的_________变化的次数叫作频率。3．固有周期和固有频率如果振荡电路没有能量损失，也不受外界影响，这时的周期和频率分别叫作_______周期和_______频率。4．周期和频率公式
『判一判』(5)改变振荡电路中电容器的电容或线圈的电感，就可以改变振荡电路的周期。( )
电磁振荡的产生及能量变化
音叉的振动产生声音，但是要形成持续的声音，则需要不断地打击音叉。手机接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？提示：要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的振荡电路实现。
振荡过程各物理量的变化规律1．各物理量变化情况一览表
2．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示)
3．板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(如图所示)u、EE规律与q－t图像相对应；EB规律与i－t图像相对应。
4．分类分析(1)同步关系在LC振荡回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EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：i↓→B↓→EB↓。(或i↑→B↑→EB↑)
(2023·北京房山高二期中)如图所示，i－t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像。在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电，下列说法中正确的是( )A．O～a阶段，电容器正在充电，电场能正在向磁场能转化B．a～b阶段，电容器正在放电，磁场能正在向电场能转化C．b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向D．c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿逆时针方向
解析：O～a阶段，电容器正在放电，电流不断增加，电场能正在向磁场能转化，选项A错误；a～b阶段，电容器正在充电，电流逐渐减小，磁场能正在向电场能转化，选项B错误；b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向，选项C正确；c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿顺时针方向，选项D错误。
LC振荡电路充、放电过程的判断方法1．根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。2．根据物理量的变化趋势判断：当电容器的电荷量q(电压U、场强E、电场能EE)增大或电流i(磁感应强度B、磁场能EB)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。3．根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。
如图甲为电容器上极板电荷量q随时间t在一个周期内的变化图像，如图乙为LC振荡电路的某一状态，则( )A．t1时刻线圈中自感电动势为零B．t1～t2时间内回路内的电流为顺时针C．t2～t3中某时刻与图乙状态相对应D．图乙中电容器极板间电场能逐渐减小
解析：在t1时刻，上极板电荷量q达到最大值，电流达到最小值，电流变化率达到最大，此时自感电动势达到最大，A错误。t1～t2时间内，上极板电性为正，且电荷量减小，回路内的电流为逆时针，B错误；t2～t3时间内，上极板电性为负，下极板电性为正，由于上极板电荷量不断增大，线圈电流为逆时针，而电荷量增加得越来越慢，故电流减小，由安培定则可得磁场方向向上，C正确。图乙过程可以对应t2－t3过程，此过程电容器电荷量增大，极板间电场能逐渐增大，D错误。
如图所示，L是不计电阻的电感器，C是电容器，闭合开关K，待电路达到稳定状态后，再断开开关K，LC电路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正，断开开关K的时刻为t＝0，那么下列四个图中能够正确表示电感中的电流随时间变化规律的是( )
解析：在没有断开开关时，电流是从a流向b，当断开开关后，电流要减小，而线圈的感应电动势阻碍电流减小，则电流方向不变，大小在慢慢减小，当电容器充电完毕时，电流为零，接着电容器放电，电流方向与之前相反，大小在不断增大，故选B。
电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天都要慢一些，可能是什么原因造成的这一结果？
磁振荡的周期和频率(1)决定因素
(1)LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC电路的固有周期或固有频率。(2)使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、 f的单位分别是秒(s)、亨(H)、法(F)、赫(Hz)。
(多选)用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路，要增大该振荡电路的频率，可采用的做法是( )A．增大两极板间的距离B．减小两极板间的距离C．在电容器两极板间插入电介质D．将线圈中的铁芯取出
(多选)如图所示的电路中，自感线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，电源电动势为E，今将开关S由1扳到2，从这一时刻起( )
一、电磁振荡的产生1．(2023·湖北十堰高二阶段练习)如图所示，a图表示LC振荡电路某时刻的情况，图(b)表示电流变化过程，t＝0时C上板带正电荷，以下说法正确的是( )A．此时电容器中的电场能正在减小B．电容器正在充电C．电感线圈中的磁场能正在减小D．电感线圈中的电流正在减小
解析：由题意可知上极板带正电，电流顺时针方向，可知电容器在放电，此时电容器中的电场能正在减小，A正确，B错误；电容器在放电，电感线圈中的电流增大，电感线圈中的磁场能正在增大，C、D错误。故选A。
2．(多选)如图为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的图线，由图可知( )A．在t1时刻，电路中的磁场能最小B．从t1到t2这段时间电路中电流逐渐减小C．从t2到t3这段时间电容器处于充电过程D．在t4时刻，电容器的电场能最小
解析：由q－t图线可以看出，在t1时刻电容器极板上的电荷量q最大，电容器中的电场最强，此时电路中的电场能最大，电路中的磁场能最小，为零，A正确。从t1到t2，电容器极板上的电荷量q不断减小，可知电容器处于放电过程，电路中电流逐渐增大，B错误。从t2到t3，电容器极板上的电荷量q不断增大，电容器处于充电过程，C正确。t4时刻电容器极板上的电荷量q等于零，此时电容器中的电场能为零，即为最小，D正确。
二、电磁振荡中的能量变化3．如图所示的LC振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路中的电流正在减小，则此时( )A．电容器上极板带负电，下极板带正电B．振荡电路中能量正在从磁场能转化为电场能C．电容器两极板间的电场强度正在减小D．线圈中的磁通量变化率正在变小
解析：电路中电流减小，磁场能向电场能转化，即电容器处于充电状态，B正确。由线圈中磁场方向可知，回路中电流方向为顺时针方向，所以电容器上极板带正电，A错误。电容器充电过程中，极板间电场强度正在增大，C错误。线圈中电流减小，磁通量减小，磁通量变化率增大，D错误。
三、电磁振荡的周期和频率4．(多选)如图所示是一台电子钟，其原理类似于摆钟，摆钟是利用单摆的周期性运动计时的，电子钟是利用LC振荡电路来计时的，有一台电子钟在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1 min。造成这种现象的可能原因是( )A．L不变，C变大了B．L不变，C变小了C.L变小了，C不变D．L、C均变小了
5．(多选)(2022·湖北武汉市高二期中)如图所示，电源电动势为E，内阻为r，定值电阻阻值为R、电感器及电容器均为理想元件，电感、电容分别为L、C，今将开关K接通一段时间，待电路稳定后突然将开关K断开，下列说法中正确的是( )
1．通过实验，了解电磁振荡。2．体会LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况。3．了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式，了解实际生产生活中调节振荡电路频率的基本方法。
1．物理观念：理解电场能、磁场能在相互转化过程中的能量守恒观，体会i与磁场、q与电场的因果观。2．科学探究：探究电磁振荡中q、i、E、B、电场能、磁场能之间的关系。3．科学思维：用类比的思想对电磁振荡与机械振动进行对比，通过揭示相关量深入理解电磁振荡。4．科学态度与责任：培养学生实事求是的科学态度。
1．振荡电流大小和方向都做_________迅速变化的电流，叫作振荡电流。2．振荡电路能产生振荡电流的电路叫作___________。3．振荡过程如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器要对线圈放电：
(1)放电过程：由于线圈的_______作用放电电流不能立刻达到最大值，由0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷________。放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到_______。(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的_______作用，电流并不会立刻消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始___________，极板上的电荷逐渐_______，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到_______。此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流。
『判一判』(1)LC振荡电路是最简单的振荡电路。( )(2)LC振荡回路中的振荡电流，按正弦规律变化，即是正弦交流电。( )
1．电容器放电过程中从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电路里的能量全部储存在电容器的_________，电容器放电的过程，就是_________逐渐转化为_________的过程。2．电容器充电过程中从能量的观点来看：在充电的过程中，_________逐渐转化为_________。3．在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生_________的转化。如果没有能量损失，振荡可以永远持续下去，振荡电流的_______保持不变。
『判一判』(3)在LC振荡电路里，随着电容器的充放电，电场能与磁场能不断地转化。( )(4)实际的LC振荡是阻尼振荡，如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。( )
『选一选』在LC振荡电路中，当电容器的电荷量最大时( )A．电场能正在向磁场能转化B．电场能开始向磁场能转化C．电场能向磁场能转化完毕D．磁场能正在向电场能转化解析：LC振荡电路中，电容器的电荷量最大时，电场能最大，磁场能最小为零，电场能开始向磁场能转化，B正确。
『想一想』课本演示实验中得到的电压如图所示，该电流是振荡电流吗？解析：是，演示实验中电压、电流都做周期性变化是振荡电流，只是由于电路中能量损耗，振幅在变小是阻尼振荡。
1．周期电磁振荡完成一次_____________需要的时间叫作周期。2．频率单位时间内完成的_________变化的次数叫作频率。3．固有周期和固有频率如果振荡电路没有能量损失，也不受外界影响，这时的周期和频率分别叫作_______周期和_______频率。4．周期和频率公式
『判一判』(5)改变振荡电路中电容器的电容或线圈的电感，就可以改变振荡电路的周期。( )
电磁振荡的产生及能量变化
音叉的振动产生声音，但是要形成持续的声音，则需要不断地打击音叉。手机接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？提示：要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的振荡电路实现。
振荡过程各物理量的变化规律1．各物理量变化情况一览表
2．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示)
3．板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(如图所示)u、EE规律与q－t图像相对应；EB规律与i－t图像相对应。
4．分类分析(1)同步关系在LC振荡回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EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：i↓→B↓→EB↓。(或i↑→B↑→EB↑)
(2023·北京房山高二期中)如图所示，i－t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像。在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电，下列说法中正确的是( )A．O～a阶段，电容器正在充电，电场能正在向磁场能转化B．a～b阶段，电容器正在放电，磁场能正在向电场能转化C．b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向D．c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿逆时针方向
解析：O～a阶段，电容器正在放电，电流不断增加，电场能正在向磁场能转化，选项A错误；a～b阶段，电容器正在充电，电流逐渐减小，磁场能正在向电场能转化，选项B错误；b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向，选项C正确；c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿顺时针方向，选项D错误。
LC振荡电路充、放电过程的判断方法1．根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。2．根据物理量的变化趋势判断：当电容器的电荷量q(电压U、场强E、电场能EE)增大或电流i(磁感应强度B、磁场能EB)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。3．根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。
如图甲为电容器上极板电荷量q随时间t在一个周期内的变化图像，如图乙为LC振荡电路的某一状态，则( )A．t1时刻线圈中自感电动势为零B．t1～t2时间内回路内的电流为顺时针C．t2～t3中某时刻与图乙状态相对应D．图乙中电容器极板间电场能逐渐减小
解析：在t1时刻，上极板电荷量q达到最大值，电流达到最小值，电流变化率达到最大，此时自感电动势达到最大，A错误。t1～t2时间内，上极板电性为正，且电荷量减小，回路内的电流为逆时针，B错误；t2～t3时间内，上极板电性为负，下极板电性为正，由于上极板电荷量不断增大，线圈电流为逆时针，而电荷量增加得越来越慢，故电流减小，由安培定则可得磁场方向向上，C正确。图乙过程可以对应t2－t3过程，此过程电容器电荷量增大，极板间电场能逐渐增大，D错误。
如图所示，L是不计电阻的电感器，C是电容器，闭合开关K，待电路达到稳定状态后，再断开开关K，LC电路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正，断开开关K的时刻为t＝0，那么下列四个图中能够正确表示电感中的电流随时间变化规律的是( )
解析：在没有断开开关时，电流是从a流向b，当断开开关后，电流要减小，而线圈的感应电动势阻碍电流减小，则电流方向不变，大小在慢慢减小，当电容器充电完毕时，电流为零，接着电容器放电，电流方向与之前相反，大小在不断增大，故选B。
电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天都要慢一些，可能是什么原因造成的这一结果？
磁振荡的周期和频率(1)决定因素
(1)LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC电路的固有周期或固有频率。(2)使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、 f的单位分别是秒(s)、亨(H)、法(F)、赫(Hz)。
(多选)用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路，要增大该振荡电路的频率，可采用的做法是( )A．增大两极板间的距离B．减小两极板间的距离C．在电容器两极板间插入电介质D．将线圈中的铁芯取出
(多选)如图所示的电路中，自感线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，电源电动势为E，今将开关S由1扳到2，从这一时刻起( )
一、电磁振荡的产生1．(2023·湖北十堰高二阶段练习)如图所示，a图表示LC振荡电路某时刻的情况，图(b)表示电流变化过程，t＝0时C上板带正电荷，以下说法正确的是( )A．此时电容器中的电场能正在减小B．电容器正在充电C．电感线圈中的磁场能正在减小D．电感线圈中的电流正在减小
解析：由题意可知上极板带正电，电流顺时针方向，可知电容器在放电，此时电容器中的电场能正在减小，A正确，B错误；电容器在放电，电感线圈中的电流增大，电感线圈中的磁场能正在增大，C、D错误。故选A。
2．(多选)如图为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的图线，由图可知( )A．在t1时刻，电路中的磁场能最小B．从t1到t2这段时间电路中电流逐渐减小C．从t2到t3这段时间电容器处于充电过程D．在t4时刻，电容器的电场能最小
解析：由q－t图线可以看出，在t1时刻电容器极板上的电荷量q最大，电容器中的电场最强，此时电路中的电场能最大，电路中的磁场能最小，为零，A正确。从t1到t2，电容器极板上的电荷量q不断减小，可知电容器处于放电过程，电路中电流逐渐增大，B错误。从t2到t3，电容器极板上的电荷量q不断增大，电容器处于充电过程，C正确。t4时刻电容器极板上的电荷量q等于零，此时电容器中的电场能为零，即为最小，D正确。
二、电磁振荡中的能量变化3．如图所示的LC振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路中的电流正在减小，则此时( )A．电容器上极板带负电，下极板带正电B．振荡电路中能量正在从磁场能转化为电场能C．电容器两极板间的电场强度正在减小D．线圈中的磁通量变化率正在变小
解析：电路中电流减小，磁场能向电场能转化，即电容器处于充电状态，B正确。由线圈中磁场方向可知，回路中电流方向为顺时针方向，所以电容器上极板带正电，A错误。电容器充电过程中，极板间电场强度正在增大，C错误。线圈中电流减小，磁通量减小，磁通量变化率增大，D错误。
三、电磁振荡的周期和频率4．(多选)如图所示是一台电子钟，其原理类似于摆钟，摆钟是利用单摆的周期性运动计时的，电子钟是利用LC振荡电路来计时的，有一台电子钟在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1 min。造成这种现象的可能原因是( )A．L不变，C变大了B．L不变，C变小了C.L变小了，C不变D．L、C均变小了
5．(多选)(2022·湖北武汉市高二期中)如图所示，电源电动势为E，内阻为r，定值电阻阻值为R、电感器及电容器均为理想元件，电感、电容分别为L、C，今将开关K接通一段时间，待电路稳定后突然将开关K断开，下列说法中正确的是( )
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