高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡示范课课件ppt

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1.LC振荡电路和振荡电流 频率都很高(1)振荡电流:大小和方向都随时间做　　　　　　迅速变化的电流。 LC回路是最简单的 (2)振荡电路:能够产生　　　　　　的电路。 
(3)振荡过程:如图所示,已经充电的电容器要经历放电—反向充电—放电—充电的过程,此后电容器再放电、再充电,周而复始,于是电路中就出现了周期性变化的振荡电流。
(4)电磁振荡:电场和磁场周期性的相互转变的过程也就是　　　　　　和　　　　　　周期性相互转化的过程,这种现象叫电磁振荡。 
2.无阻尼振荡和阻尼振荡(1)阻尼振荡:振荡电路中的能量逐渐损耗,振荡电流的　　　　逐渐减小,直到停止振荡。 (2)无阻尼振荡:没有能量损失,振荡电流的　　　　永远保持不变。 (3)电路中有电阻,电路中的能量有一部分要转化为　　　　,故实际的LC振荡是阻尼振荡。如果要实现等幅振荡,必须有能量补充到电路中。 
3.电磁振荡的周期和频率(1)周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要的　　　　。 (2)频率:1 s内完成周期性变化的　　　　。 (3)固有周期和固有频率:振荡电路里发生　　　　　　　时的周期和频率分别叫作振荡电路的固有周期和固有频率,简称振荡电路的周期和频率。 
情境链接如图所示,将开关S掷向1,先给电容器充电;再将开关S掷向2,使电容器通过线圈放电。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?在电容器反向充电过程中,线圈中的电流如何变化?
提示 电容器放电过程中,线圈中的电流逐渐增大,电容器的电场能转化为磁场能。在电容器反向充电过程中,线圈中的电流逐渐减小。
教材拓展查阅有关材料进一步了解LC电路,知其是最简单的振荡电路,也称为谐振电路、槽路或调谐电路,该电路可以用作电谐振器,储存电路共振时振荡的能量。为了尽可能地减少内能的损失,可采取什么措施?
提示 将回路电阻做得尽可能小。
易错辨析(1)LC振荡电路的电容器放电完毕时,回路中磁场能最小。(　　)(2)LC振荡电路的电流为零时,线圈中的自感电动势最大。(　　)(3)提高充电电压,极板上带更多的电荷时,能使振荡周期变大。(　　)(4)LC振荡电路的电容器充电过程,电流在减小。(　　)(5)电磁振荡的一个周期内,电场能的变化周期与电流变化周期相同。(　)
探究点一　电磁振荡的产生　振荡电路的充放电过程
如图所示,先把开关扳到右边,给电容器充电,稍后把开关扳到线圈一边,让电容器通过线圈放电,会观察到电流计指针有何变化?说明什么问题?
提示 指针左右摆动,说明电路中产生了大小和方向变化的电流。
1.用图像分析振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能EE和磁场能EB之间的对应关系
甲　以逆时针方向电流为正
乙　图中q为上极板的电荷量
丙　EE规律与q-t图像相对应
丁　EB规律与i-t图像相对应
2.LC电路振荡过程中各物理量的对应关系
3.LC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断:当电流流向带正电的极板时,电容器的电荷量增加,磁场能向电场能转化,处于充电过程;反之,当电流流出带正电的极板时,电荷量减少,电场能向磁场能转化,处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断:当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁感应强度B)减小时,处于充电过程;反之,处于放电过程。(3)根据能量判断:电场能增加时充电,磁场能增加时放电。
【例1】 在LC振荡电路中,某时刻电路中的电流方向如图所示,且电流正在减小,则该时刻(　　)A.电容器上极板带负电,下极板带正电B.电容器极板上电荷量正在减小C.电场能正在向磁场能转化D.电容器正在放电
解析 在振荡电路中,当电容器充电时,电流减小,电容器上的电荷量增大,此时,磁场能转化为电场能,根据题中电流的方向可以判断,此时电容器在充电,电容器电荷量增大,电容器上极板应该带负电,下极板带正电,故A正确,B、C、D错误。
对点演练1某时刻LC振荡电路中电容器中电场的方向和电流的方向如图所示,下列说法正确的是(　　)A.电容器正在放电B.电感线圈的磁场能正在增加C.电感线圈中的自感电动势正在阻碍电流的减小D.电容器的电场能正在减少
解析 图示时刻,电容器下极板带正电,通过图示电流方向,可知电容器正在充电,故A错误;电容器正在充电,电容器上的电荷量正在增大,振荡电流正在减小,即磁场能正在减小,电场能正在增大,磁场能正在向电场能转化,故B、D错误;振荡电流正在减小,根据楞次定律,电感线圈中的自感电动势正在阻碍电流的减小,故C正确。
探究点二　电磁振荡的周期和频率
如图所示的电路,如果仅将线圈更换为自感系数L更大的线圈,将开关S掷向1,先给电容器充电,再将开关S掷向2,电容器通过线圈放电,线圈的“阻碍”作用是否也更大?电容器的充放电时间会变长还是变短?
提示 “阻碍”作用更大,时间变长。
对“LC振荡电路”固有周期和固有频率的理解(1)LC振荡电路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定,与电容器极板上电荷量的多少、极板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关,所以称为LC振荡电路的固有周期和固有频率。(2)使用周期公式时,一定要注意单位,T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫兹(Hz)。(3)电感L和电容C在LC振荡电路中既是能量的转换器,又决定着这种转换的快慢,L或C越大,能量转换时间越长,故固有周期也越长。
(4)电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期等于LC电路的振荡周期,即 ,在一个周期内上述各量方向改变两次;电容器极板上所带的电荷量,其变化周期也等于振荡周期,即 ,极板上电荷的电性在一个周期内改变两次;电场能、磁场能也在做周期性变化,但是它们的变化周期是振荡周期的一半,即
【例2】 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
解析 LC振荡电路的频率公式 ,由此式可知增大固有频率f的方法是减小L或减小C或同时减小L和C。另外由电容器电容公式 可知,若电容器两极板的正对面积增大,则C增大,正对面积减小,则C减小;若电容器两极板间的距离减小,则C增大,距离增大,则C减小。在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数,则L增大,减小线圈的匝数,则L减小。综上可知只有D项正确。
对点演练2(多选)如图所示的电路中,自感线圈的自感系数为L,电容器的电容为C,电源电动势为E,现将开关S由1扳到2,从这一时刻起(　　)
1.(振荡电路中各物理量变化)(多选)在理想LC振荡电路中的某时刻,电容器极板间的电场强度的方向如图所示,M是电路中的一点,若该时刻电容器正在充电,据此可判断此时(　　)A.电路中的磁场能在减小B.电路中电流在增大C.流过M点的电流方向向左D.电容器两板间的电压在减小
解析 电容器充电,电场能增加,故磁场能减小,故A正确;充电过程,电容器极板上的电荷量正在增加,电路电流逐渐减小,故B错误;电容器上极板带正电,充电过程,流过M点的电流方向向左,故C正确;充电过程,电容器极板上的电荷量正在增加,根据 ,电容器两板间的电压在增加,故D错误。
2.(振荡电路中各物理量的变化)(多选)(2023浙江温州高二期末)如图所示,LC电路中,已充电的平行板电容器两极板水平放置。从开关S闭合时开始计时,设LC振荡电路的振荡周期为T,则(　　)A.S刚闭合瞬间,电感线圈中磁场能最大B.S刚闭合瞬间,电感线圈中电流为0C.经过 T时,电容器中电场能最大D.经过 T时,电容器上的电压为0
解析 S刚闭合瞬间,由于线圈对电流的阻碍作用,放电电流不会立刻达到最大值,而是由零开始逐渐增大,所以此时线圈中的电流为0,电感线圈中的磁场能为0,故A错误,B正确;经过 T时,电路中电流为0,电容器两极板的电荷量达到最大,电容器中电场能达到最大,故C正确;经过 T时,电路中电流达到反方向最大,电容器极板上的电荷量为0,所以电容器上的电压为0,故D正确。
3.(电磁振荡的周期和频率)如图甲所示,LC电路中的电流正在变大,保持L不变,改变电容器的电容,回路中电容器两端的电压变化如图乙所示,则下列说法正确的是(　　)
A.回路中的磁场能正在向电场能转化B.电路1中电容为电路2中电容的4倍C.电路2中的电流最大时,电路1中的电流也一定最大D.电路2中电容器的最大电荷量与电路1中电容器的最大电荷量相等
解析 根据安培定则可知,图甲中电流从电容器流出,电容器在放电,电场能转换为磁场能,故A错误;由图乙可知,电路2的振荡周期为电路1的2倍,根据公式 可知,电路2中电容为电路1中电容的4倍,故B错误;电路2对应的电流最大时,电容器两端的电压为0,由图乙可知此时电路1对应的电容器两端的电压也为0,即电路1对应的电流也最大,故C正确;根据电容的定义式 ,可得Q=CU,由于改变电容器的电容前后,电容器两端的最大电压相同,且电路2对应的电容为电路1对应的电容的4倍,可知电路2对应的电容器所带最大电荷量是电路1对应的电容器所带最大电荷量的4倍,故D错误。
4.(振荡电路中各物理量的变化)(多选)如图所示,图甲是LC振荡回路中电流随时间的变化关系,若以图乙回路中顺时针方向的电流为正,a、b、c、d均为电场能或磁场能最大的时刻,下列说法正确的是(　　)
A.图乙中的a是电场能最大的时刻,对应图甲中的 时刻B.图乙中的b是电场能最大的时刻,此后的 内电流方向为正C.图乙中的c是磁场能最大的时刻,对应图甲中的 时刻D.图乙中的d是磁场能最大的时刻,此后电容C的下极板将充上正电荷