高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡学案设计

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4.1 电磁振荡1、知道振荡电流、振荡电路、LC回路的概念。2、LC回路中振荡电流的产生过程。3、知道在电磁振荡过程中，LC回路中的能量转化情况。4、知道电磁振荡的周期和频率。【重点】电磁振荡过程中电场能与磁场能的相互转化规律。【难点】LC回路振荡过程中电场强度和磁感应强度的相互转化规律。 【课前自主学习】 一、知识前置1．和都随时间做周期性变化的电流叫振荡电流，能够产生这种电流的电路叫__________。2．在LC回路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的__________、通过线圈中的__________，以及与之相联系的__________和__________发生周期性变化的现象叫电磁振荡。3．在LC回路产生振荡电流的过程中不同的能量在不断地相互转化，电容器放电时，__________能转化为__________能，放电完毕瞬间，__________能达到最大，__________能为零；电容器充电时，__________能转化为__________能，放电完毕瞬间，__________能达到最大，__________能为零。4．LC振荡电路的周期只由____________________和____________________决定，与电容器极板上的__________、极板间的__________和线圈中的__________无关。练习：（1）如图，S打到1时电容器将要__________，充电的结果是上极板带__________ 电，下极板带等量__________电，充电的电容器内部有__________，对应也具有了__________；随着电容器带电量越多，对应的电场能也越__________，所以，电容器带电量的多少是电场能多少的标志。当S打到2时将__________，这时电场能释放使小灯泡亮。            2、如图1，L是自感系数足够大线圈，当S闭合后，P灯将 __________，而Q将__________           （填：“立即亮”或“缓慢亮”），当线圈中有电流时，我们知道电流周围能产生 __________，对应也具__________，电流越大，对应的磁场能也越__________；当S由闭合到断开后，线圈中电流要继续流，电流方向__________（填：“改变”或“不改变”），P、Q两灯不是立即熄灭，线圈中的磁场能转化为电能。二、新知学习一、电磁振荡的产生1.思考：水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。电视、广播接收的是电磁波，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？         观察：观察振荡电路中电压的波形把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧，为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。观察电脑显示器（或示波器）显示的电压的波形。                           想一想与交流电有何区别？振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流。                     振荡电路：能够产生振荡电流的电路。LC振荡电路：当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。LC电磁振荡的产生原理电容器充放电和线圈的自感现象共同作用产生的LC电磁振荡的产生过程：_______LC振荡电路电流的周期性变化：_______电容器极板上电荷量的周期性变化：_______1、LC电磁振荡过程中几个特殊时刻各参数的特征2、LC电磁振荡的特点：LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：(1)、两个物理过程：放电过程：_______充电过程：_______(2)、两个特殊状态：充电完毕状态：_______放电完毕状态：_______3、LC电磁振荡的变化规律：(1)总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量(2)电场能与磁场能交替转化4、LC电磁振荡过程中各参数的变化规律图像 电磁振荡：_______二、电磁振荡中的能量变化阻尼振荡和无阻尼振荡无阻尼振荡：_______阻尼振荡：_______三、电磁振荡的周期和频率 1．周期和频率：_______LC回路的周期和频率：_______2．在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化。随堂思考与讨论LC电路的周期（频率）与哪些因素有关？电容较大时，电容器充电、放电的时间长些还是短些？线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电时间长些还是短些？根据上面的讨论结果，定性地讲，LC电路的周期（频率）与电容C、电感L的大小有什么关系？3.LC回路的周期和频率公式_______，_______。 1．在LC回路中，电容器两端的电压随时间的变化关系如图所示，则      (　　)A．电容器正在充电B．电感线圈中的磁场能正在增加C．电感线圈中的电流正在增大D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大2．（单选））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，电容器两极板间的场强最大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3.（多选）用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，可采用的做法是(　　)[来源:学科网ZXXK]A．增大电容器两极板间的距离B．减小电容器两极板间的距离C．减小电容器两极板正对面积D．在电容器两极板间加入电介质4.（多选）某时刻LC振荡电路的状态如图所示，则此时刻(　　)A．振荡电流i在减小B．振荡电流i在增大C．电场能正在向磁场能转化D．磁场能正在向电场能转化5．在LC振荡电路中，如已知电容C，并测得电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L。为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值。现将测得的六组数据标示在以C为横坐标，以T2为纵坐标的坐标纸上，即图中用“×”表示的点，如图所示。 (1)T、L、C的关系为________。(2)根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线。        6．在LC振荡电路中，线圈的自感系数L＝2.5 mH，电容C＝4 μF。(1)该回路的周期是多大？(2)设t＝0时，电容器上电压最大，在t＝9.0×10－3 s时，通过线圈的电流是增大还是减小？这时电容器是处在充电过程还是放电过程？        参考答案1.【答案】BCD【解析】　由图中磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器负电极板流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和线圈中磁场能处于增加过程，由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增加。2.【答案】D【解析】　A×振荡电流最大时为电容器放电结束瞬间，电场强度为零B×振荡电流为零时，LC回路振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流变化率最大，线圈中自感电动势最大C×振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能D√振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能3.【答案】　BD【解析】　由v＝λf，f＝，可知：λ＝＝v·2π，即λ2与C成正比又C＝，故B、D正确。4.【答案】AD【解析】由电磁振荡的规律可知，电容器充电过程中，电流逐渐减小，电场能逐渐增大，磁场能逐渐减小，即磁场能正向电场能转化，故A、D正确。5.【答案】(1)T＝2π　(2)如图所示。【解析】本题主要考查两点：一是考查考生能否根据正确的作图规则画出T2C图象(图象应尽量通过或靠近比较多的数据点，不通过图象的数据点应尽量较均匀地分布在图线的两侧)；二是考查数形结合能力。需将LC回路的固有周期公式T＝2π变换成T2＝4π2LC，从而认识到T2C图线为一过坐标原点的直线(在本题中，横、纵坐标的起点不为零，图线在纵轴上有一正截距值)，图象的斜率为4π2L，L＝，只有正确作出图线，并得到L＝，才可能计算出L的测量平均值为0.035 1～0.038 9 H范围内的某一数值。 6.【答案】答案：(1)6.28×10－4 s　(2)减小　充电过程 【解析】(1)由电磁振荡的周期公式可得T＝2π＝2×3.14× s＝6.28×10－4 s。(2)因为t＝9.0×10－3 s相当于14.33个周期，而<0.33T<，由电磁振荡的周期性，当t＝9.0×10－3 s时，LC回路中的电磁振荡正在第二个的变化过程中。t＝0时，电容器上电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，回路中电流随时间的变化规律如图所示。第一个内，电容器放电，电流由零增至最大；第二个内，电容器被反向充电，电流由最大减小到零。显然，在t＝9.0×10－3 s时，即在第二个内，线圈中的电流在减小，电容器正处在反向充电过程中。