《新教材2023高中物理第四章电磁振荡与电磁波4.1电磁振荡课件新人教版选择性必修第二册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材2023高中物理第四章电磁振荡与电磁波4.1电磁振荡课件新人教版选择性必修第二册（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第四四章章电磁振荡与电磁波电磁振荡与电磁波学习目标学习目标1.通过对振荡电路的观察和分析通过对振荡电路的观察和分析,了解电磁振荡了解电磁振荡.知道知道LC振荡电路各振荡电路各基本量随时间变化的关系基本量随时间变化的关系;体会实验在物理观念形成过程中的作用体会实验在物理观念形成过程中的作用.2.结合已学知识结合已学知识,分析电磁振荡的周期、频率与电容和电感的关系分析电磁振荡的周期、频率与电容和电感的关系,掌握电磁振荡的周期、频率公式掌握电磁振荡的周期、频率公式,并能分析解决有关问题并能分析解决有关问题,培养应用培养应用物理知识解决实际问题的能力物理知识解决实际问题的能力.3.经历从机械振动到电
2、磁振荡的类比过程经历从机械振动到电磁振荡的类比过程,体会类比推理的方法体会类比推理的方法.经经历分析电磁振荡周期与历分析电磁振荡周期与L、C关系的过程关系的过程,体会定性分析推理方法体会定性分析推理方法.1电磁振荡电磁振荡知识点一知识点一电磁振荡的产生电磁振荡的产生1.要产生持续变化的电流要产生持续变化的电流,可以通可以通过过和和组组成的电路成的电路实现实现.2.振荡电流振荡电流:大小大小和和都都做周期性迅速变化的电流做周期性迅速变化的电流.3.振荡电路振荡电路:产产生生电电流的电路流的电路.最简单的振荡电路最简单的振荡电路为为 振振荡电路荡电路.4.电电磁磁振振荡荡:在在LC振振荡荡电电路路
3、中中,电电路路中中的的电电流流i、电电容容器器极极板板上上的的电荷量电荷量q、电容器里、电容器里的的、线圈里的磁感应强度线圈里的磁感应强度B,都都在在地地变化着变化着.这种现象就是电磁振荡这种现象就是电磁振荡.线圈线圈电容器电容器方向方向振荡振荡LC电场强度电场强度E周期性周期性知识点二电磁振荡中的能量变化知识点二电磁振荡中的能量变化1.(1)电电容容器器放放电电过过程程中中从从能能量量的的观观点点来来看看,电电容容器器刚刚要要放放电电时时,电电路路里里的的能能量量全全部部储储存存在在电电容容器器的的,电电容容器器放放电电的的过过程程,就就是是逐逐渐转化渐转化为为的的过程过程.(2)电容器充电
4、过程中从能量的观点来看电容器充电过程中从能量的观点来看,在充电的过程中在充电的过程中,.逐逐渐转化渐转化为为.(3)在电磁振荡的过程中在电磁振荡的过程中,电场能和磁场能会发电场能和磁场能会发生生的的转化转化.电场中电场中电场能电场能磁场能磁场能磁场能磁场能电场能电场能周期性周期性2.如果没有能量损耗如果没有能量损耗,振荡可以永远持续下去振荡可以永远持续下去,振荡电流振荡电流的的.保保持不变持不变.但是但是,任何电路都有电阻任何电路都有电阻,电路中总会有一部分能量转电路中总会有一部分能量转化化为为.另外另外,还会有一部分能量还会有一部分能量以以的的形式辐射出去形式辐射出去.这样这样,振荡电路中的
5、能量就会逐渐减少振荡电路中的能量就会逐渐减少,振荡电流的振幅也就逐振荡电流的振幅也就逐渐减小渐减小,直到最直到最后后.3.实际电路中由电源通实际电路中由电源通过过为为LC电路补充能量电路补充能量.振幅振幅内能内能电磁波电磁波停止振荡停止振荡电子器件电子器件知识点知识点三三电磁振荡的周期和频率电磁振荡的周期和频率1.电磁振荡的周期性是如何体现的电磁振荡的周期性是如何体现的?答案答案:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期.在电在电磁振荡中磁振荡中,电荷量电荷量q、电流、电流i、电场强度、电场强度E、磁感应强度、磁感应强度B这几个这几个物理量做周期
6、性地变化物理量做周期性地变化,这些物理量变化的周期就是电磁振荡的这些物理量变化的周期就是电磁振荡的周期周期.2.电磁振荡的周期电磁振荡的周期:电磁振荡完成一次电磁振荡完成一次需要的时需要的时间间,LC电路的周期公式电路的周期公式T=.3.电磁振荡的频率电磁振荡的频率:电磁振荡完成周期性变化的电磁振荡完成周期性变化的与所与所.用用之比之比,LC电路的频率公式电路的频率公式f=.4.如果没有能量损耗如果没有能量损耗,也不受其他外界条件影响也不受其他外界条件影响,这时的周期这时的周期和频率叫作振荡电路的和频率叫作振荡电路的周期和周期和频率频率.周期性变化周期性变化次数次数时间时间固有固有固有固有小试
7、身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的打错误的打“”).).1.振荡电路中振荡电路中,电容器放电时电容器放电时,由于线圈的自感作用由于线圈的自感作用,放电电流由放电电流由0逐渐增大逐渐增大.()2.振荡电路中振荡电路中,电容器放电完毕时电容器放电完毕时,放电电流最大放电电流最大.()3.在振荡电路中在振荡电路中,电容器充电完毕时电容器充电完毕时,磁场能全部转化为电场能磁场能全部转化为电场能.()4.在在LC振荡电路完成一次全振动的过程中振荡电路完成一次全振动的过程中,电容器充电一电容器充电一次次.()5.电磁振荡的周期和频率由电容
8、和电感共同决定电磁振荡的周期和频率由电容和电感共同决定.()6.通过减小电容器的电容可使电磁振荡的频率减小通过减小电容器的电容可使电磁振荡的频率减小.()探究一探究一电磁振荡的产生及能量变化电磁振荡的产生及能量变化问题情境问题情境把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路.把电把电压传感器压传感器(或示波器或示波器)的两端连在电容器的两个极板上的两端连在电容器的两个极板上,用于测量用于测量电容器两极板之间的电压电容器两极板之间的电压.先把开关置于电源一侧先把开关置于电源一侧,为电容器充为电容器充电电;稍后再把开关置于线圈一侧稍后再把开关
9、置于线圈一侧,使电容器通过线圈放电使电容器通过线圈放电.观察计观察计算机显示器算机显示器(或示波器或示波器)显示的电压的波形显示的电压的波形(图乙图乙).甲甲电路图电路图乙乙计算机显示的电压波形计算机显示的电压波形1.观察图乙所示的电压波形观察图乙所示的电压波形,电压振幅减小的原因是什么电压振幅减小的原因是什么?怎怎样克服样克服?答案答案:电压振幅减小的原因是电路有能量损耗电压振幅减小的原因是电路有能量损耗,有一部分能量有一部分能量转化为内能转化为内能,还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去.如果如果适时地把能量补充到振荡电路中适时地把能量补充到振荡电路中,电
10、压的振幅就会不变电压的振幅就会不变.2.如果不考虑电压波形振幅的变化如果不考虑电压波形振幅的变化,电容器两极板之间的电压电容器两极板之间的电压发生周期性变化发生周期性变化,如图所示如图所示.试分析电容器极板上的电荷量随时试分析电容器极板上的电荷量随时间的变化规律间的变化规律,并画出并画出q-t图像图像.答案答案:由电容器的电荷量由电容器的电荷量q=CU可知可知q随时间的变化规律与电压随时间的变化规律与电压U随时间的变化规律相同随时间的变化规律相同,如图所示如图所示.3.电容器不断充电、放电使电路中形成振荡电流电容器不断充电、放电使电路中形成振荡电流,请根据电流请根据电流形成的原因和电流的概念形
11、成的原因和电流的概念,分析振荡电流变化的规律分析振荡电流变化的规律,并画出并画出i-t图像图像.4.如果振荡电路没有能量损耗如果振荡电路没有能量损耗,试分析放电和充电两个过程能试分析放电和充电两个过程能量转化的情况量转化的情况.答案答案:放电过程电场能转化为磁场能放电过程电场能转化为磁场能,充电过程磁场能转化为充电过程磁场能转化为电场能电场能.过程建构过程建构1.LC电路的电磁振荡过程、振荡电路电流的周期性变化规律、电路的电磁振荡过程、振荡电路电流的周期性变化规律、电容器极板上电荷量的周期性变化规律的对应关系电容器极板上电荷量的周期性变化规律的对应关系:ABCDE甲甲LC电路的电磁振荡过程电路
12、的电磁振荡过程乙乙振荡电路电流的周期性变化规律振荡电路电流的周期性变化规律(以逆时针方向电流为正以逆时针方向电流为正)丙丙电容器极板上电荷量的周期性变化规律电容器极板上电荷量的周期性变化规律(q为上极板的电荷量为上极板的电荷量)2.电磁振荡过程中电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场、电容器里的电场强度强度E、电路中的电流、电路中的电流i、线圈里的磁感应强度、线圈里的磁感应强度B、电场能、电场能E电电和和磁场能磁场能E磁磁的转化与电路状态的对应关系的转化与电路状态的对应关系:时间时间工作过程工作过程qEiB能量转化能量转化放电过程放电过程qm0Em00im0
13、BmE电电E磁磁充电过程充电过程0qm0Emim0Bm0E磁磁E电电放电过程放电过程qm0Em00im0BmE电电E磁磁充电过程充电过程0qm0Emim0Bm0E磁磁E电电3.变化规律及对应关系变化规律及对应关系.(1)同步同变关系同步同变关系.在在LC电路发生电磁振荡的过程中电路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量电容器上的物理量电电荷量荷量q、电场强度、电场强度E、电场能、电场能E电电是同步同向变化的是同步同向变化的,即即qEE电电(或或qEE电电).线圈上的物理量线圈上的物理量振荡电流振荡电流i、磁感应强度、磁感应强度B、磁场能、磁场能E磁磁也是同步同向变化的也是同步同向变化的,即即i
14、BE磁磁(或或iBE磁磁).(2)同步异变关系同步异变关系.在在LC电路发生电磁振荡的过程中电路发生电磁振荡的过程中,电容器上的三个物理量电容器上的三个物理量q、E、E电电与线圈上的三个物理量与线圈上的三个物理量i、B、E磁磁是同步异向变是同步异向变化的化的,即即(q、E、E电电)(i、B、E磁磁).【典例【典例1】(多选多选)在在LC振荡电路中振荡电路中,某某时刻线圈中磁场方向如图所示时刻线圈中磁场方向如图所示,则下则下列说法正确的是列说法正确的是()A.若磁场正在加强若磁场正在加强,则电容器正在放电则电容器正在放电,电流方向为电流方向为abB.若磁场正在减弱若磁场正在减弱,则电场能正在减小
15、则电场能正在减小,电容器下极板带负电荷电容器下极板带负电荷C.若磁场正在减弱若磁场正在减弱,则电场能正在增大则电场能正在增大,电容器下极板带负电荷电容器下极板带负电荷D.若磁场正在加强若磁场正在加强,则电容器正在充电则电容器正在充电,电流方向为电流方向为ba解析解析:在电磁振荡的一个周期内在电磁振荡的一个周期内,磁场加强的过程必定是电容器磁场加强的过程必定是电容器放电过程放电过程,振荡电流增大振荡电流增大,电场能减小电场能减小,根据线圈中磁感线方向根据线圈中磁感线方向,用用安培定则可确定线圈中振荡电流的方向安培定则可确定线圈中振荡电流的方向,从而得知回路中电流方从而得知回路中电流方向是向是ab
16、,注意这是放电电流注意这是放电电流,故电容器下极板带正电荷故电容器下极板带正电荷;磁场正磁场正在减弱的过程必定是电容器充电过程在减弱的过程必定是电容器充电过程,振荡电流减小振荡电流减小,电场能增电场能增大大,用安培定则判断此时电流方向仍是用安培定则判断此时电流方向仍是ab,但这是充电电流但这是充电电流,故故负电荷不断聚到下极板负电荷不断聚到下极板,上极板出现等量正电荷上极板出现等量正电荷,电容器两极板电容器两极板的电荷量不断增加的电荷量不断增加.由以上分析可知由以上分析可知,本题正确选项应为本题正确选项应为A、C.答案答案:AC探究探究二二 电磁振荡的周期和频率电磁振荡的周期和频率问题情境问题情境在如图所示的电路中在如图所示的电路中,如果电容如果电容C和电感和电感L足够大足够大,可以通过观察可以通过观察电流表指针左右摆动的快慢来确定电磁振荡周期的大小电流表指针左右摆动的快慢来确定电磁振荡周期的大小.1.实验如何操作实验如何操作?如何得到电磁振荡的周期如何得到电磁振荡的周期?2.如果要探究电磁振荡的周期与电容、电感的关系如果要探究电磁振荡的周期与电容、电感的关系,应该怎么应该怎么做做?用
