《高中物理 第十四章 電磁波 2 電磁振蕩學(xué)案 新人教版選修3-4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第十四章 電磁波 2 電磁振蕩學(xué)案 新人教版選修3-4（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 2.電磁振蕩 1．知道什么是LC振蕩電路和振蕩電流。 2．知道LC電路中振蕩電流的產(chǎn)生過程。 3．知道產(chǎn)生電磁振蕩過程中，LC振蕩電路中的能量轉(zhuǎn)換情況，知道振蕩電路中能量損失的途徑以及得到等幅振蕩的方法。 4．知道什么是電磁振蕩的周期和頻率，了解LC電路的周期和頻率公式。 我們之前學(xué)過電容器，也學(xué)過電感器，以及電容器和電感器對交變電流的影響。請大家回顧一下，電容器和電感器各有什么作用？對交變電路的影響又有哪些特點(diǎn)？ 提示：電容器的作用：儲存電荷，儲存電場能；在電路中有充、放電的作用。 電感器的作用：能儲存磁場能，在通過的電流發(fā)生變化時有自感的作用。 電容器在

2、交變電路中有通高頻、阻低頻的特點(diǎn)；電感器在交變電路中有通低頻、阻高頻的特點(diǎn)。 1．電磁振蕩的產(chǎn)生 (1)振蕩電流：大小和方向都做______迅速變化的電流，叫做振蕩電流。 (2)振蕩電路：能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做________。 (3)振蕩過程：如圖所示，將開關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開關(guān)擲向2，從此時起，電容器要對線圈放電。 ①放電過程：由于線圈的______作用，放電電流不能立刻達(dá)到最大值，由0逐漸增大，同時電容器極板上的電荷______。放電完畢時，極板上的電荷為零，放電電流達(dá)到______。該過程電容器儲存的______轉(zhuǎn)化為線圈的______。 ②充電過程

3、：電容器放電完畢，由于線圈的______作用，電流并不會立刻消失，而要保持原來的方向繼續(xù)流動，并逐漸減小，電容器開始________，極板上的電荷逐漸______，當(dāng)電流減小到零時，充電結(jié)束，極板上的電荷量達(dá)到______。該過程線圈中的________又轉(zhuǎn)化為電容器的________。此后電容器再放電、再充電，周而復(fù)始，于是電路中就有了周期性變化的振蕩電流。 (4)實際的LC振蕩是阻尼振蕩：電路中有電阻，振蕩電流通過時會有______產(chǎn)生，另外還會有一部分能量以______的形式輻射出去。如果要實現(xiàn)等幅振蕩，必須有能量補(bǔ)充到電路中。 思考：電磁振蕩過程中能量轉(zhuǎn)化過程較為復(fù)雜，你能類比單擺

4、擺動過程中能量轉(zhuǎn)化來分析嗎？ 2．電磁振蕩的周期和頻率 (1)周期：電磁振蕩完成一次____________需要的時間叫做周期。 (2)頻率：單位時間內(nèi)完成的______變化的次數(shù)叫做頻率。 如果振蕩電路沒有能量損失，也不受外界影響，這時的周期和頻率分別叫做______周期和______頻率。 (3)周期和頻率公式：T＝________，f＝__________。 思考：電磁振蕩的固有周期(頻率)和哪些因素有關(guān)？ 答案：1．(1)周期性　(2)振蕩電路　(3)自感　減少　最大　電場能 磁場能　自感　反向充電　增加　最大　磁場能　電場能　(4)電熱　電磁波 思考 提示：電

5、容器充電時相當(dāng)于擺球從平衡位置拉到最高點(diǎn)，電場能相當(dāng)于擺球勢能，磁場能相當(dāng)于擺球動能。電容器在放電過程中電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，相當(dāng)于擺球由最高點(diǎn)向平衡位置運(yùn)動，擺球勢能轉(zhuǎn)化為動能。電容器放電結(jié)束電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能，相當(dāng)于擺球到達(dá)平衡位置時擺球勢能全部轉(zhuǎn)化為動能。 2．(1)周期性變化　(2)周期性　固有　固有　(3)　 思考 提示：LC振蕩電路的固有周期和固有頻率只取決于線圈的自感系數(shù)L和電容器的電容C，與電容器帶電多少、極板間的電壓高低和是否接入電路等因素?zé)o關(guān)。 一、振蕩過程中各物理量的變化情況 給LC電路提供能量后，利用電容器的充放電作用和線圈產(chǎn)生自感的作用，使LC電路中產(chǎn)

6、生電流，同時電容器極板上電荷量q及與q相關(guān)聯(lián)的電場(E，U，E電)，通電線圈的電流i及與i相關(guān)聯(lián)的磁場(B，E磁)都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象，稱電磁振蕩。其中，產(chǎn)生的大小和方向都周期性變化的電流稱振蕩電流。產(chǎn)生振蕩電流的電路稱振蕩電路。最簡單的振蕩電路是LC振蕩電路。 1．各物理量變化情況一覽表 2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖象，如圖所示 電磁振蕩過程中磁場能與電流i對應(yīng)，電場能與帶電荷量q對應(yīng)，在等幅振蕩中，磁場能與電場能的總量保持不變。 二、LC電路中各量間的變化規(guī)律及對應(yīng)關(guān)系 1．同步同變關(guān)系 在LC電路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：帶電荷量q、電

7、場強(qiáng)度E、電場能EE是同步同向變化的，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、磁場能EB也是同步同向變化的，即 i↓—B↓—EB↓(或i↑—B↑—EB↑)。 2．同步異變關(guān)系 在LC電路產(chǎn)生電磁振蕩的過程中，電容器上的三個物理量q、E、EE與線圈中的三個物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時減小時，i、B、EB同時增大，且它們是同步的，也即 q、E、EE↑i、B、EB↓。 3．物理量的等式關(guān)系 線圈上的振蕩電流i＝，自感電動勢E自＝L·，振蕩周期T＝2π。 4．極值、圖象的對應(yīng)關(guān)系 如圖所示，i＝0時，

8、q最大，E最大，EE最大，E自(E自為自感電動勢)最大。 q＝0時，i最大，B最大，EB最大，E自＝0。 對于電場E與磁場B以及電場能EE與磁場能EB隨時間變化的圖象有這樣的對應(yīng)關(guān)系。圖象能更直觀地反映同步異變關(guān)系和極值對應(yīng)關(guān)系。 5．自感電動勢E自與i-t圖象的關(guān)系 由E自＝L·知，E自∝是i-t圖象上某點(diǎn)處曲線切線的斜率k的絕對值。所以，利用圖象可分析自感電動勢隨時間的變化和極值。 判斷LC電路處于放電過程還是充電過程的方法：當(dāng)電流流向帶正電的極板，電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，電場能增加，電流減小，磁場能減少，處于充電過程；當(dāng)電流流出帶正電的極板，電荷量減少，電場能向

9、磁場能轉(zhuǎn)化，電場能減少，電流增大，磁場能增加，處于放電過程。 類型一 LC振蕩電路的振蕩過程 【例1】 在LC電路產(chǎn)生電磁振蕩的過程中，下列說法中正確的是(　　)。 A．電容器放電完畢時刻，回路中磁場能最小 B．回路中電流值最大時刻，回路中磁場能最大 C．電容器極板上電荷最多時，電場能最大 D．回路中電流值最小時刻，電場能最小 解析：電容器放電完畢時，q＝0，但此時i最大，所以磁場能最大，則A項錯誤；電流最小i＝0時，q最多，極板間電場最強(qiáng)，電場能最大，則D項錯誤；同理分析，選項B、C正確。 答案：BC 題后反思：q決定了電容器極板間的電場強(qiáng)弱和電場能的大小，i決定了線

10、圈中磁場強(qiáng)弱和磁場能的大小。因為電荷總量恒定，所以當(dāng)q＝qmax時，i＝0；當(dāng)i＝imax時，q＝0，從另一方面看：電容器充電時，q↑→i↓；放電時q↓→i↑。關(guān)鍵是分析q或i的變化，只要能確定一個量值的變化情況，就能分析得出另一個量值的變化。 類型二 決定振蕩頻率的因素 【例2】 為了增大LC振蕩電路的固有頻率，下列辦法中可采取的是(　　)。 A．增大電容器兩極板的正對面積并在線圈中放入鐵芯 B．減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數(shù) C．減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯 D．減小電容器兩極板的正對面積并減少線圈的匝數(shù) 解析：本題考查LC振蕩電路的頻率公式f＝的應(yīng)用。

11、由此式可知增大固有頻率f的辦法是減小L或減小C或同時減小L和C。由C＝可知：電容器兩極板的正對面積增大，則C增大，正對面積減小，則C減小。在線圈中放入鐵芯或增加線圈的匝數(shù)，則L增大，減小線圈的匝數(shù)，則L減小。故選項D正確。 答案：D 題后反思：要解決此類問題，首先要明確LC振蕩電路的固有頻率與L、C的關(guān)系，還要明確電感線圈的自感系數(shù)L及電容器的電容C由哪些因素決定。L一般由線圈的長度、橫截面積、單位長度上的匝數(shù)及有無鐵芯決定，電容C由公式C＝可知，與電介質(zhì)的介電常數(shù)ε、極板正對面積S及板間距離d有關(guān)。 1關(guān)于電磁振蕩和簡諧運(yùn)動，下列說法中正確的是(　　)。 A．電磁振蕩的過程就是L

12、C電路充、放電的過程，簡諧運(yùn)動的過程就是振子加速和減速的過程 B．電磁振蕩的規(guī)律是電容器兩極間電勢差隨時間做正弦(或余弦)規(guī)律變化，簡諧運(yùn)動的規(guī)律是振子振動的位移隨時間做正弦(或余弦)規(guī)律變化 C．電磁振蕩是電場能與磁場能相互轉(zhuǎn)化，總能量守恒；簡諧運(yùn)動是動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，總能量守恒 D．電磁振蕩和簡諧運(yùn)動的本質(zhì)區(qū)別就在于電磁振蕩是振蕩電路中自由電子的電磁運(yùn)動，簡諧運(yùn)動是振子的機(jī)械運(yùn)動 2 如圖表示LC振蕩電路某時刻的情況，以下說法中正確的是(　　)。 A．電容器正在充電 B．電感線圈中的磁場能正在增加 C．電感線圈中的電流正在增大 D．此時刻自感電動勢正在阻礙電流增大

13、 3有一LC振蕩電路，能產(chǎn)生一定波長的電磁波，若要產(chǎn)生波長比原來短些的電磁波，可采取的措施有(　　)。 A．增加線圈的匝數(shù) B．在線圈中插入鐵芯 C．減小電容器極板間的距離 D．減小電容器極板正對面積 4 如圖是振蕩電流的電流圖線，下列說法中正確的是(　　)。 A．在0～t1的時間里電容器在充電 B．在時刻t1時，電容器的電荷最多 C．t2時刻電容器兩極板間電壓為零 D．在t2～t3的時間里電容器在放電 5 如圖所示的LC振蕩電路中，振蕩電流的周期為2×10-2 s，自振蕩電流沿逆時針方向達(dá)到最大值時開始計時，當(dāng)t=3.4×10-2 s時，電容器正處于____

14、____狀態(tài)(選填“充電”“放電”或“充電完畢”)，這時電容器的上極板________(選填“帶正電”“帶負(fù)電”或“不帶電”)。 答案：1．ABCD　在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷、通過線圈的電流，以及跟電荷和電流相聯(lián)系的電場和磁場都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩；如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動圖象(xt圖象)是一條正弦曲線，這樣的振動叫做簡諧運(yùn)動。 2．BCD　由圖中磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和安培定則可知，此時電流向著電容器帶負(fù)電的極板流動，也就是電容器處于放電過程中，這時兩極板電荷量和電壓、電場能處于減少過程中，而電流和線圈中磁場能處

15、于增加過程中，由楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電動勢正阻礙電流的增加。 3．D　LC振蕩電路產(chǎn)生的電磁波的頻率為：f＝，再由v＝λf，解得λ＝2πv，所以減小波長的方法是減小自感系數(shù)L或電容C。選項A、B都是增大L的措施。關(guān)于電容C有：C＝，可知選項D正確。 4．D　電流增大的階段是放電過程，電流減小的階段是充電過程，電流等于零的瞬間，電壓最大，電荷量最多，電流最大的瞬間，電壓為零，電荷量為零。 5．解析：根據(jù)題意可畫出LC電路振蕩電流的變化圖象(如圖)，t＝3.4×10－2 s時刻即為圖象中的P點(diǎn)，正處于順時針電流減小的過程中，所以，電容器正處于充電狀態(tài)，上極板帶正電。 答案：充電　帶正電 6