25-26学年物理(人教版)选择性必修二课件：4.1 电磁振荡

第1节　电磁振荡第四章　电磁振荡与电磁波1.知道什么是振荡电流和振荡电路。2.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程,知道电磁振荡过程中能量转化情况。3.知道电磁振荡的周期和频率,知道LC电路的周期和频率与哪些因素有关,并会进行相关的计算。学习目标知识点1知识点二　电磁振荡的周期和频率知识点一　电磁振荡的产生及能量变化知识点一　电磁振荡的产生及能量变化一、电磁振荡的产生1.要产生持续变化的电流,可以通过______和________组成的电路实现。2.振荡电流:______和______都做周期性迅速变化的电流。3.振荡电路:产生振荡电流的电路。4.LC振荡电路:由电感线圈L和________组成的电路,就是最简单的振荡电路。5.电磁振荡:在整个过程中,电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B,都在________地变化着。这种现象就是电磁振荡。线圈电容器大小方向电容C周期性二、电磁振荡中的能量变化1.能量变化过程(1)电容器刚放电时:电场最强,电场能______。最大磁场能(3)放电完毕:电场能为零,磁场能______。最大电场能(5)反向充电完毕:电场能______。最大2.等幅振荡振荡电路中的能量会逐渐减小,振荡电流的振幅也会逐渐减小,适时地把能量补充到振荡电路中,以______能量损耗,就可以得到__________的等幅振荡。补偿振幅不变三、振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示)四、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。五、各物理量变化情况一览表【思考】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。(1)电容器通过线圈放电过程中,线圈中的电流怎样变化?电容器的电场能转化为什么形式的能?提示　电容器放电过程中,由于线圈的自感作用,放电电流不能立刻达到最大值,而是由零逐渐增大,电容器的电场能转化为线圈中的磁场能。(2)在电容器反向充电过程中,线圈中的电流如何变化?电容器和线圈中的能量是如何转化的?(3)线圈中自感电动势的作用是什么?提示　 (2)在电容器反向充电过程中,线圈中的电流逐渐减小,线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。(3)线圈中电流变化时,产生的自感电动势阻碍电流的变化。例1 无线话筒是LC振荡电路的一个典型应用。在LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图所示,且电容器上极板带正电,下列说法正确的是(　　)A.电容器所带的电荷量正在逐渐增加B.电流流向为由a到bC.极板间的电场强度正在逐渐减小D.磁场能正在逐渐增加A解析　根据安培定则可知,电流流向为由b到a,由于电容器上极板带正电,下极板带负电,故电容器正在充电,所带的电荷量正在逐渐增加,电场强度增大,磁场减弱,磁场能正在逐渐减少,故A正确。例2 (多选)(教材P88 A组T3改编)如图所示,i-t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的关系。LC振荡电路中电流为逆时针方向表示电流为正,下列说法正确的是(　　)A.t=0时刻,M板带负电,电容器的电场能最大B.0~a时间内,电容器正在充电,磁场能转化为电场能C.a~b时间内,电容器正在充电,磁场能转化为电场能D.c时刻,电容器的带电荷量为零,线圈中磁场能最大CD解析　根据电流为逆时针方向表示电流为正,则t=0时刻,M板带正电并开始放电,此时电容器的电场能最大,A错误;0~a时间内,电流增大,说明电容器正在放电,电场能转化为磁场能,B错误;a~b时间内,电流减小,磁场能减小,磁场能转化为电场能,电容器正在充电,C正确;c时刻,电流最大,磁场能最大,电容器放电结束,电容器的带电荷量为零,D正确。(1)判断电容器是充电还是放电,一般依据电流的方向,电流由正极板流出为放电,向正极板流入为充电。(2)判断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电荷量的增减。C训练 在理想LC振荡电路中,某时刻电容器C两极板间的电场强度E的方向如图所示,M是电路中的一点。若此时刻电容器正在充电,则(　　)A.电路中的磁场能在增大B.电容器所带的电荷量在减小C.电容器两极板间的电压在增大D.流过M点的电流方向向右 知识点二　电磁振荡的周期和频率　　　如图所示的电路。(1)如果仅更换电感L更大的线圈,将开关S掷向1,先给电容器充电,再将开关掷向2,电容器通过线圈放电,线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大?“阻碍”作用是否也更大?由于延缓了振荡电流的变化,振荡周期T会怎样变化?提示　自感电动势更大,“阻碍”作用更大,周期变长。(2)如果仅更换电容C更大的电容器,将开关S掷向1,先给电容器充电,电容器的带电荷量是否增大?再将开关掷向2,电容器通过线圈放电,放电时间是否相应地变长?振荡周期T是否变长?提示　带电荷量增大,放电时间变长,周期变长。1.周期:电磁振荡完成一次________变化需要的时间。2.频率:电磁振荡完成周期性变化的______与所用时间之比叫作它的频率,数值上等于__________内完成的周期性变化的次数。3.LC电路的周期和频率公式:T=__________,f=___________。周期性次数单位时间   例3 为了增大LC振荡电路的固有频率,下列办法可采取的是(　　)A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯D.减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数D B例4 (2025·浙江金华期末)在如图所示的电路中,电容器的电容为C,电感线圈的电感为L,线圈的电阻忽略不计。原来开关S闭合,现从开关S断开的瞬间开始计时,以下说法正确的是(　　)  随堂对点自测2D1.(电磁振荡的产生及变化规律)关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法正确的是(　　)A.振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大B.振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零C.振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能D.振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能解析　电容器放电结束瞬间振荡电流最大,电场强度为零,选项A错误;振荡电流为零时,其要改变方向,这时电流变化最快,电流变化率最大,线圈中的自感电动势最大,选项B错误;振荡电流增大时,线圈中的电场能转化为磁场能,选项C错误;振荡电流减小时,线圈中的磁场能转化为电场能,选项D正确。BD2.(电磁振荡的周期和频率) (多选)如图所示,要增大振荡电路的频率,下列说法正确的是(　　)A.减少电容器所带电荷量B.将开关S从“1”位置拨到“2”位置C.在线圈中插入铁芯D.将电容器的动片旋出些 课后巩固训练3A题组一　电磁振荡的产生及能量变化1.(2025·河北唐山高二期末)某时刻,LC振荡电路的状态如图所示(电流流向电容器带正电的极板),则下列判断中正确的是(　　)基础对点练A.振荡电流在减小B.线圈中的磁场在增强C.电容器极板上的电荷量在减少D.电场能在向磁场能转化解析　由于电流流向电容器带正电的极板上,则电容器处于充电状态,极板所带电荷量增大,磁场能转化为电场能,振荡电流在减小,线圈中的磁场在减弱,故A正确,B、C、D错误。B2.(2025·广东东莞高二期末)如图所示为LC振荡电路某时刻的情况,以下说法中错误的是(　　)A.电路中电流方向从电容器正极通过线圈流向负极B.电感线圈中的电流正在减小C.电感线圈中的电流正在增大D.电感线圈中的磁感应强度正在增大解析　图中磁场方向向上,根据右手螺旋定则可知电流正从电容器正极通过线圈流向负极,A正确;此时电容器正在放电,电感线圈中的电流在增大,B错误,C正确;线圈中的磁感应强度随着电流的增大而增大,D正确。C3.(2025·四川攀枝花期末)如图所示是LC振荡电路和通过电路中P点的电流i随时间t变化的规律。若规定流过P点向左为电流的正方向,则下列说法中正确的是(　　)A.在0~t1内,电容器C在放电B.在t1~t2内,电容器C上极板带负电C.在t2~t3内,磁场能在向电场能转化D.在t3~t4内,P点电势比Q点电势高解析　由题图可知,在0~t1内,电流值正在减小,所以电容器正在充电,故A错误;在t1~t2内,电流值正在负向增大,所以电容器正在放电,且电流方向为顺时针方向,所以电容器C上极板带正电,故B错误;在t2~t3内,电流值正在减小,所以电容器正在充电,所以磁场能在向电场能转化,故C正确;在t3~t4内,电流值正在正向增大,所以电容器正在放电,且电流方向为逆时针,电容器C下极板带正电,所以P点电势比Q点电势低,故D错误。D4.在如图甲所示的振荡电路中,电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示,规定电路中振荡电流逆时针方向为正方向,则电路中振荡电流随时间变化的图像是(　　) D BC A7.金属探测仪在各场景广泛应用,探测仪内部的线圈与电容器构成LC振荡电路,当探测仪检测到金属物体时,探测仪线圈的自感系数会发生变化,从而引起振荡电路中的电流频率发生变化,探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响。在LC振荡电路中,某时刻线圈中的磁场方向和电容器中的电场方向如图所示。下列说法正确的是(　　)  A8.(2025·山东烟台期末)如图所示的LC电路中,电容C为0.8 uF,电感L为2 mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时,极板间有一带电灰尘恰好静止,已知重力加速度为g。闭合开关S,灰尘在电容器内运动,从线圈中电流第一次达到最大时开始计时,经6π×10-5 s时,电容器内灰尘的加速度大小为(　　)综合提升练  B9.如图甲所示为LC振荡电路,不计回路电阻及电磁辐射,从0时刻开始,电容器极板间电压Uab与时间t的图像如图乙所示,已知线圈的自感系数L=10-5 H,取π2=10,下列说法正确的是(　　)A.1×10-8~2×10-8 s时间内,电路中的电场能转化为磁场能B.电容器的电容为4×10-12 FC.2×10-8 s时刻穿过线圈的磁通量最大D.3×10-8 s时刻穿过线圈的磁通量变化率最大