《高中物理 第三章 電磁振蕩與電磁波 第一節(jié) 電磁振蕩學(xué)案（含解析）粵教版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第三章 電磁振蕩與電磁波 第一節(jié) 電磁振蕩學(xué)案（含解析）粵教版選修3-4（5頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第一節(jié)　電磁振蕩 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點(diǎn)難點(diǎn) 1．能說出LC回路的組成和什么是振蕩電流． 2．會(huì)分析發(fā)生電磁振蕩的過程中，LC回路中各物理量的變化和能量轉(zhuǎn)化情況． 3．熟記電磁振蕩的周期和頻率公式，會(huì)分析相關(guān)問題． 重點(diǎn)：1．電磁振蕩的周期和頻率公式． 2．發(fā)生電磁振蕩時(shí)，各物理量的變化和能量轉(zhuǎn)化． 難點(diǎn)：發(fā)生電磁振蕩時(shí)，各物理量的變化和能量轉(zhuǎn)化． 一、振蕩電流和振蕩電路 1．振蕩電流 大小和方向都隨時(shí)間做周期性迅速變化的電流叫振蕩電流．實(shí)際振蕩電流的頻率很高，是高頻正弦交流． 2．振蕩電路 能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做振蕩電路．由自感線圈和電容器組成的最簡(jiǎn)單的振

2、蕩電路，稱為LC回路． 二、電磁振蕩 1．電磁振蕩 LC回路里，產(chǎn)生振蕩電流的過程中，由于自感線圈的自感作用和電容器的充放電作用，線圈中的電流i及其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)、磁場(chǎng)能與電容器極板上的電荷q及其對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)、電場(chǎng)能在不斷地相互轉(zhuǎn)化，都發(fā)生了周期性的變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩． 2．電磁振蕩的周期和頻率 LC回路的振蕩周期T和頻率f只跟自感系數(shù)L和電容C有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)．它們的關(guān)系式為T＝2π和f＝． 預(yù)習(xí)交流 由f=知，改變回路中電容器的電容和線圈的自感系數(shù)可以改變振蕩回路的振蕩頻率．收音機(jī)、電視機(jī)中用于調(diào)臺(tái)的調(diào)諧電路就是通過調(diào)節(jié)可變電容器的電容來改變回路的振蕩頻率的．一臺(tái)無線電

3、接收機(jī)，當(dāng)它接收頻率為535 kHz的信號(hào)時(shí)，調(diào)諧電路中電容器的電容為270 pF；若調(diào)諧電路的線圈電感不變，則要接收頻率為1 605 kHz的信號(hào)時(shí)，應(yīng)該怎么辦？ 答案：應(yīng)將調(diào)諧電路中電容器的電容調(diào)為30 pF． 解析：由f=知① ＝1 605 kHz② 由①②聯(lián)立解得C＝30 pF． 一、電磁振蕩的產(chǎn)生和能量轉(zhuǎn)化 1．觀察課本中產(chǎn)生振蕩電流的實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容，會(huì)看到什么現(xiàn)象，說明了什么？ 答案：觀察到電流表指針在零點(diǎn)左右擺動(dòng)，說明電路中產(chǎn)生了交變電流，即電路中電流的大小、方向做周期性的變化． 2．LC振蕩電路是如何實(shí)現(xiàn)電磁振蕩的？ 答案：（1）首先電容器從外界得到

4、能量（充電），當(dāng)電容器開始放電后，由于線圈的自感作用，阻礙通過線圈中的電流變化（自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反），使放電電流不能立刻達(dá)到最大值，而是從零逐漸增大，同時(shí)電容器極板上的電荷逐漸減少． （2）到電容器放電完畢時(shí)，電容器極板上沒有電荷，放電電流也達(dá)到了最大值． （3）電容器放電完畢的瞬間，由于線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的作用，阻礙電流減?。ㄗ愿须妱?dòng)勢(shì)的方向同電流方向一致），電流不能立即減小到零，而是要保持原來的方向繼續(xù)流動(dòng)，并逐漸減小，同時(shí)電容器在反向充電，電容器極板上帶上相反的電荷，并且電荷逐漸增多，而極板上的電荷（根據(jù)同種電荷相互排斥）對(duì)向極板上累積的電荷產(chǎn)生阻礙作用，反向充電電流逐漸減小，到

5、反向充電完畢時(shí)，極板上聚集的電荷最多，電流減小到零． （4）此后電容再次放電，再次充電，這樣不斷地充電和放電，電路中就出現(xiàn)了振蕩電流． （5）這個(gè)過程中，電容器極板上的電荷q，電路中的電流i，電容器內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E，線圈的磁場(chǎng)B，都發(fā)生周期性變化． 3．LC振蕩電路中發(fā)生電磁振蕩過程中的能量是如何轉(zhuǎn)化的？ 答案：（1）在LC回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，由于電容器極板上帶電荷，則電容器內(nèi)就有與之相聯(lián)系的電場(chǎng)能． （2）電路中有電流時(shí)，則線圈就有與之相聯(lián)系的磁場(chǎng)能． （3）電容器放電階段，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，放電完畢的一瞬間，電場(chǎng)能為零，振蕩電流和磁場(chǎng)能達(dá)到最大值；然后電容器被反向充電，這

6、個(gè)階段磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，振蕩電流為零的瞬間，磁場(chǎng)能為零，電容器極板上的電荷和電場(chǎng)能達(dá)到最大值． 4．學(xué)生討論：在電磁振蕩的過程中，電容器的帶電量q及其對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)E、電場(chǎng)能EE和線圈中的電流i及其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)B，磁場(chǎng)能EB都隨時(shí)間周期性變化，試討論在一個(gè)充電過程和放電過程中各量的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)化情況． 答案：充電過程中，q增加，E增大，EE增加，i減小，B減小，EB減少，充電過程是一個(gè)磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能的過程；放電過程中，q減少，E減小，EE減少，i增大，B增大，EB增大，放電過程是一個(gè)電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能的過程． LC振蕩電路中某時(shí)刻磁場(chǎng)如圖所示，下列說法正確的是（　　）． A

7、．若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器上極板帶正電 B．若電容器正在放電，則電容器上極板帶正電 C．若電容器上極板帶正電，則線圈中電流正在增大 D．若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增大 答案：AD 解析：在振蕩電路中，電容器放電過程，放電電流一定是逐漸增大的，電容器充電電流一定是逐漸減小的．根據(jù)圖中磁場(chǎng)方向，由安培定則可判定回路中有順時(shí)針方向的電流． 若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，說明電容器正在充電，充電電流是不斷減小的，磁場(chǎng)逐漸減弱，故A正確，C錯(cuò)誤；若電容器正在放電，則電容器下極板帶正電，放電電流是不斷增加的，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化，B錯(cuò)誤，D正確． 1．同步同變

8、關(guān)系 在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電荷量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同步變化的，即： q↓→E↓→EE↓（或q↑→E↑→EE↑） 振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB也是同步變化的，即： i↓→B↓→EB↓（或i↑→B↑→EB↑） 2．同步異變關(guān)系 在LC振蕩過程中，電容器上的三個(gè)物理量q、E、EB與線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時(shí)減小時(shí)，i、B、EB同時(shí)增大，且它們的變化是同步的，也即：q、E、EE↑i、B、EB↓． 二、電磁振蕩的頻率 1．LC振蕩電路的振蕩周期由哪些因素決定？請(qǐng)分析這些因素

9、影響周期長短的原因． 答案：（1）LC振蕩電路的周期由線圈的自感系數(shù)和電容器的電容決定． （2）若電容器的電容越大，電容器每次容納的電荷越多，則其每次充放電的時(shí)間就越長，LC回路電磁振蕩的周期就越大，反之周期越短． （3）若線圈的自感系數(shù)越大，對(duì)電流變化的阻礙就越強(qiáng)，則電流發(fā)生變化所用的時(shí)間就越長，LC回路電磁振蕩的周期就越長，反之周期就越短． 2．學(xué)生討論：某種電子鐘是利用LC振蕩電路來制成的，使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)每晝夜總是快1 min，造成這種現(xiàn)象的原因可能是怎樣的？ 答案：鐘表變快是因?yàn)長C電路的周期變小了，由周期公式知造成這種現(xiàn)象的原因可能是①L不變，C變小了；②C不變，L變

10、小了；③L、C同時(shí)變小了． 要想增大LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率，可采用的方法是（　?。? A．增大電容器兩極板的間距 B．升高電容器的充電電壓 C．增加線圈的匝數(shù) D．在線圈中插入鐵芯 答案：A 解析：振蕩電流的頻率由LC回路本身的特性決定，f＝，增大電容器兩極板間距，電容減小，振蕩頻率升高，選項(xiàng)A正確；升高電容器的充電電壓只能改變振蕩電流的強(qiáng)弱，對(duì)振蕩電流的周期和頻率沒有影響，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；增加線圈的匝數(shù)和在線圈中插入鐵芯，都會(huì)使電感L增大，致使頻率降低，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 1．實(shí)驗(yàn)表明：LC回路中電磁振蕩的頻率只與自感系數(shù)L和電容C有關(guān)． 2．改變自感系數(shù)L或改變

11、電容C即可改變LC回路的振蕩頻率． 1．在LC回路產(chǎn)生電磁振蕩的過程中，下列說法錯(cuò)誤的是（　?。? A．電容器放電完畢時(shí)，回路中電場(chǎng)能最小 B．回路中電流值最大時(shí)，回路中磁場(chǎng)能最大 C．電容器極板上的電荷量最多時(shí)，電場(chǎng)能最大 D．回路中電流值最小時(shí)，電場(chǎng)能最小 答案：D 解析：電容器放電結(jié)束時(shí)，電容器極板間場(chǎng)強(qiáng)為零，電場(chǎng)能最小，選項(xiàng)A正確；回路中電流最大時(shí)，線圈周圍的磁場(chǎng)最強(qiáng)，磁場(chǎng)能最大，選項(xiàng)B正確；電容器極板上的電荷量最多時(shí)，電場(chǎng)最強(qiáng)，磁場(chǎng)能最小，而電場(chǎng)能最大，選項(xiàng)C正確；回路中電流最小時(shí)，磁場(chǎng)能最小，而電場(chǎng)能最大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤，應(yīng)選D． 2．在LC回路中，電容器兩端的電

12、壓隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示，則（　　）． A．在t1時(shí)刻電路中的電流達(dá)到最大 B．在t2時(shí)刻電容器極板上的電荷量達(dá)到最大 C．從t2到t3的過程中，電容器中的電場(chǎng)能不斷增大 D．從t3到t4的過程中，線圈中的磁場(chǎng)能不斷減小 答案：C 解析：t1時(shí)刻U最大，充電過程結(jié)束，此時(shí)刻電路中電流恰好減為零，A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻U為0，放電過程結(jié)束，此時(shí)刻電容器極板上的電荷量為0，B錯(cuò)誤；t2到t3的過程中，U增大，為充電過程，磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，C正確；t3到t4的過程為放電過程，電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，D錯(cuò)誤． 3．關(guān)于LC振蕩電路，下列說法正確的是（　?。? A．電容器放電完畢瞬

13、間，回路中的電流最大，電場(chǎng)能最大 B．若線圈的電感增大，則充放電過程變慢 C．若減小電容器兩極板間的距離，則充放電過程變快 D．每一個(gè)周期內(nèi)，電容器完成一次充、放電過程 答案：B 解析：電容器放電完畢的瞬間，回路中的電流最大，電場(chǎng)能為零，A錯(cuò)誤；由T＝2π知，電感增大，T增大，充放電過程變慢，B正確；減小電容器兩板間的距離，電容C變大，T變大，充放電過程變慢，C錯(cuò)誤；每一個(gè)周期內(nèi)，電容器完成兩次充、放電過程，D錯(cuò)誤． 4．如圖所示，甲、乙、丙、丁四個(gè)LC振蕩電路，某時(shí)刻振蕩電流i的方向如圖中箭頭所示．下列對(duì)各電路情況的判斷正確的是（　?。? A．若甲電路中電流i正在增大，則該

14、電路中線圈的自感電動(dòng)勢(shì)必定在增大 B．若乙電路中電流i正在增大，則該電路中電容器的電場(chǎng)方向必定向下 C．若丙電路中電流i正在減小，則該電路中線圈周圍的磁場(chǎng)必在增強(qiáng) D．若丁電路中電流i正在減小，則該電路中電容器的電場(chǎng)方向必定向上 答案：BD 解析：當(dāng)電流逐漸增大時(shí)，電容器放電，電壓減小，電動(dòng)勢(shì)減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；當(dāng)電流減小時(shí)，是充電過程，線圈周圍磁場(chǎng)減小，電流方向指向下極板，電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度方向向上，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確． 5．在LC振蕩電路中，線圈的自感系數(shù)L＝2.5 mH，電容C＝4 μF． （1）該回路的周期為多大？ （2）設(shè)t＝0時(shí)，電容器上電壓最大，在t＝

15、9.0×10－3 s時(shí)，通過線圈的電流是增大還是減小？這時(shí)電容器是處在充電過程還是放電過程？ 答案：（1）6.28×10－4 s?。?）電流減小　處于充電過程 解析：（1）T＝2π＝2×3.14×s＝6.28×10－4 s． （2）因?yàn)閠＝9.0×10－3 s相當(dāng)于14.33個(gè)周期，又＜0.33T＜，所以當(dāng)t＝9.0×10－3 s時(shí)，LC回路中的電磁振蕩正處在第二個(gè)的變化過程中． t＝0時(shí)，電容器上電壓最大，極板上電荷量最多，電路中電流值為零，回路中電流隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示：第一個(gè)內(nèi)，電容器放電，電流由零增至最大；第二個(gè)內(nèi)，電容器反向充電，電流由最大減小到零． 顯然，在t＝9.0×10－3 s時(shí)，在第二個(gè)內(nèi)，線圈中的電流在減小，電容器正處在反向充電過程中。 5