粵教版選擇性必修第二冊(cè)4.1電磁振蕩課件28張PPT

第四章電磁振蕩與電磁波第一節(jié)

電磁振蕩粵教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊(cè)如圖，正弦式交變電流的大小和方向都隨時(shí)間做周期性的變化正弦式交變電流圖像的波形圖與單擺振動(dòng)的位移一時(shí)間圖像很相似一、振蕩電流的產(chǎn)生如圖(a)所示，一個(gè)電流計(jì)與一個(gè)閉合線圈連接。當(dāng)一條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，電流計(jì)的指針會(huì)不斷地?cái)[動(dòng)。這說(shuō)明電路中產(chǎn)生了大小和方向都不斷變化的電流。如果將電流計(jì)拿走，如圖(b)所示，當(dāng)條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，電路斷開(kāi)處的A、B兩點(diǎn)間仍存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即A、B兩點(diǎn)間仍存在變化的電勢(shì)差。這都是我們熟悉的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在A、B兩點(diǎn)間接入一個(gè)平行板電容器，如圖(c)所示。當(dāng)條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，在兩板之間的空間內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生大小和方向不斷變化的電場(chǎng)，即電容器在不斷地進(jìn)行充、放電?！居^察·思考】在如左圖所示的電路中，先將開(kāi)關(guān)S扳到a處，此時(shí)電容器開(kāi)始充電，觀察電流計(jì)指針是否會(huì)擺動(dòng)。再將開(kāi)關(guān)S扳到b處，觀察電流計(jì)指針是否會(huì)擺動(dòng)以及如何擺動(dòng)。將電流計(jì)換成示波器，觀察示波器中顯示的圖像(如右圖所示），圖像呈現(xiàn)怎樣的規(guī)律？【實(shí)驗(yàn)·總結(jié)】在線圈和電容器組成的實(shí)驗(yàn)電路中，示波器顯示的波形具有周期性。這表明電路中產(chǎn)生了大小和方向都做周期性變化的電流。這種電流稱(chēng)為振蕩電流。能產(chǎn)生振蕩電流的電路稱(chēng)為振蕩電路。由線圈和電容器組成的電路是最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱(chēng)為L(zhǎng)C振蕩電路。從示波器中顯示的圖像可以看出，LC振蕩電路產(chǎn)生的振蕩電流是按正弦或余弦規(guī)律變化的。振蕩電流是一種頻率很高的交變電流。這種電流用線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)很難產(chǎn)生，主要通過(guò)振蕩電路產(chǎn)生。二、電磁振蕩中能量的轉(zhuǎn)化在如圖所示的電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S從a處扳到b處后，電流計(jì)指針的擺動(dòng)幅度逐漸減小，最終停在零點(diǎn)位置。這是由于線圈和電路中的電阻消耗了部分電能，還有一部分能量以電磁波的形式損耗。為了能夠抓住本質(zhì)規(guī)律，我們忽略LC振蕩電路中所有的電阻。思考：那么，在LC振蕩電路理想化模型中，能量是如何轉(zhuǎn)化的呢?如圖(a)所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)由a處扳向b處的瞬間，即電容器剛要放電的瞬間，電路中沒(méi)有電流，線圈中沒(méi)有磁場(chǎng)，電容器里的電場(chǎng)最強(qiáng)，電路里的能量全部?jī)?chǔ)存在電容器的電場(chǎng)中。電容器開(kāi)始放電后，由于線圈的自感作用，放電電流不能立刻達(dá)到最大值而是由零逐漸增大，如圖(b)所示。放電完畢時(shí)，電容器極板上沒(méi)有電荷，放電電流達(dá)到最大值。在這個(gè)過(guò)程中，電容器里的電場(chǎng)逐漸減弱，線圈的磁場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，能量由電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。在放電完畢瞬間，電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。電容器放電結(jié)束時(shí)，由于線圈的自感作用，電流不會(huì)立刻減小為零，而是保持原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng)并逐漸減小。由于電流繼續(xù)流動(dòng)，電容器在與原來(lái)相反的方向上重新充電。到反方向充電結(jié)束的瞬間，電流減小為零，電容器極板上的電量達(dá)到最大值，如圖(c)所示，能量由磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。在反方向充電完畢瞬間，磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。此后電容器又開(kāi)始反向放電，電路中的電場(chǎng)能量又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能量，如圖(d)所示。電容器反向放電完畢，電場(chǎng)能量為零，磁場(chǎng)能量達(dá)到最大值。接著電流給電容器再度充電，恢復(fù)到圖(a)的狀態(tài)，如圖(e)所示。電場(chǎng)能量達(dá)到最大值，磁場(chǎng)能量為零。上述過(guò)程周而復(fù)始地進(jìn)行，由此產(chǎn)生大小和方向呈周期性變化的振蕩電流，線圈中對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)和電容器里的電場(chǎng)也呈周期性變化，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化.這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁振蕩。在電磁振蕩的過(guò)程中，回路中的電流i和電容器極板上的帶電量q隨時(shí)間做周期性變化的情況，如左圖和右圖所示。三、電磁振蕩的周期和頻率【理論·探究】振蕩電流屬于交變電流的一種，可以用周期和頻率來(lái)描述.電磁振蕩完成一次周期性變化所用的時(shí)間稱(chēng)為電磁振蕩的周期，電磁振蕩在一段時(shí)間內(nèi)做周期性變化的次數(shù)與所用時(shí)間之比稱(chēng)為電磁振蕩的頻率。單擺的振動(dòng)周期由系統(tǒng)自身的擺長(zhǎng)和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葲Q定。

式中T、L、C和f的單位分別是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)和赫茲(Hz)根據(jù)上述公式可知，可以通過(guò)改變回路中電容器的電容和線圈的自感系數(shù)，以獲得所需的振蕩頻率。

1.（2022·湖北湖北·高二）如圖為L(zhǎng)C振蕩電路，某時(shí)刻，電容器上極板帶正電，線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向上，此時(shí)刻下列說(shuō)法中正確的是（）A．電容器正在充電B．電感線圈中的磁場(chǎng)能正在增加C．電感線圈中的電流正在減小D．該時(shí)刻自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流減小B課堂練習(xí)2.（2022·北京師大附中高二期末）在如圖所示的LC電磁振蕩電路中，若想增大電磁振蕩的頻率，可采取的措施是（）A．保持電感器的電感不變，只增大電容器的電容 B．保持電容器的電容不變，只增大電感器的電感C．同時(shí)增大電感器的電感和電容器的電容 D．同時(shí)減少電感器的電感和電容器的電容D3.（2022·河北邯鄲·高二期末）無(wú)線話筒是LC振蕩電路的一個(gè)典型應(yīng)用。在LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖所示，且電容器上極板帶正電，下列說(shuō)法正確的是（）A．電容器正在放電 B．振蕩電流正在增大C．線圈中的磁場(chǎng)正在增強(qiáng) D．磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化D4.（2022·浙江·高二學(xué)業(yè)考試）如圖為公交車(chē)上車(chē)時(shí)刷卡的情景，當(dāng)聽(tīng)到“嘀”的聲音，表示刷卡成功。刷卡所用的IC卡內(nèi)部有電感線圈L和電容C構(gòu)成的LC振蕩電路。刷卡時(shí)，讀卡機(jī)向外發(fā)射某一特定頻率的電磁波，IC卡內(nèi)的LC振蕩電路產(chǎn)生電諧振，線圈L中產(chǎn)生感應(yīng)電流，給電容C充電，達(dá)到一定的電壓后，驅(qū)動(dòng)卡內(nèi)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傳輸。下列說(shuō)法正確的是（）A．讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波不能在真空中傳播B．IC卡是通過(guò)X射線工作的C．讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波偏離該特定頻率，則IC卡內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流D．IC卡既能接收讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波，也有向讀卡機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的功能D5.（2022·黑龍江·哈九中高二期末）關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法正確的是（）A．電磁波的傳播也就是能量的傳播B．只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能形成電磁波C．載有信號(hào)的電磁波只能在真空中傳播D．電磁振蕩停止后，其發(fā)射到空間的電磁波隨即消失AB7.圖中的LC振蕩電路，先把開(kāi)關(guān)S擲到1處給電容器C充電，充好電后再將開(kāi)關(guān)S擲到2處（組成LC振蕩電路），這時(shí)電容器開(kāi)始放電，但電流不能立刻達(dá)到最大值，而是直到電容器C放電完畢時(shí)電流才達(dá)到最大值，造成此現(xiàn)象的原因是（）A．線圈的自感作用 B．電容器的本身特點(diǎn)C．電子做定向移動(dòng)需要一定的時(shí)間 D．以上答案都錯(cuò)誤A8.當(dāng)LC振蕩電路中的電流達(dá)到最大值時(shí)，電感L中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電容器C中電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E是（）A．B和E都達(dá)到最大值B．B和E都為零C．B達(dá)到最大值而E為零D．B為零而E達(dá)到最大值C9.如圖所示是一臺(tái)電子鐘，其原理類(lèi)似于擺鐘，擺鐘是利用單擺的周期性運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)，電子鐘是利用LC振蕩電路來(lái)計(jì)時(shí)。有一臺(tái)電子鐘在家使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)每晝夜總是快1min。造成這種現(xiàn)象的不可能原因是（）A．L不變，C變大了 B．L不變，C變小了C．L變小了，C不變 D．L、C均變小了A10.（2021·江蘇宿遷·高二期末）近場(chǎng)通信（NFC）是一種短距高頻的無(wú)線電技術(shù)，其主要結(jié)構(gòu)就是線圈和電容組成的類(lèi)似LC振蕩電路的并聯(lián)諧振電路，其終端有主動(dòng)、被動(dòng)和雙向三種模式，最常見(jiàn)的被動(dòng)模式廣泛應(yīng)用于公交卡、門(mén)禁卡、校園一卡通等，刷卡時(shí)，電路發(fā)生電諧振，給電容器充電，達(dá)到一定電壓后，在讀卡設(shè)備發(fā)出的射頻場(chǎng)中響應(yīng)，被讀或?qū)懭胄畔?。下列說(shuō)法正確的是（）A．LC電路的電容器在充電時(shí)，電流增大B．LC電路中，電容器充電時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)減小C．如果增大LC電路中電容器兩極板間距離，振蕩周期將減小D．電磁波發(fā)射時(shí)，使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫電諧振C課堂小結(jié)1.振蕩電流的產(chǎn)生、振蕩電路的概念2.電磁振蕩中能量的轉(zhuǎn)化，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化3.電磁振蕩的周期和頻率的關(guān)系課堂訓(xùn)練1.關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法中正確的是（）A．電磁波具有能量B．電磁波中每一處的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度總是互相垂直，且與波的傳播方向垂直C．電磁波和機(jī)械波一樣依賴(lài)介質(zhì)傳播D．只要空間某個(gè)區(qū)域有振蕩的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波ABD課堂訓(xùn)練2.一個(gè)根據(jù)LC振蕩電路的工作原理設(shè)計(jì)而成的電子表，每天比北京時(shí)間快2分鐘，則其原因可能是（

）A．電池用的時(shí)間長(zhǎng)了，內(nèi)阻變大 B．電路中電容器的電容變小了C．線圈的自感系數(shù)變小了 D．電路中電容器的電容變大了BC課堂訓(xùn)練3.（2022·黑龍江·大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期末）如圖是教材講解LC振蕩電路中的一次周期性變化（從圖①到圖⑤），關(guān)于LC振蕩電路描述正確的是（）A．從圖②到圖③的過(guò)程是磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能的過(guò)程B．圖②中電容器剛好放電結(jié)束，振蕩電路中電流達(dá)到最大值C．在一個(gè)周期內(nèi)，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化完成兩次D．在一個(gè)周期內(nèi)，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化完成一次ABC課堂訓(xùn)練4.（2021·河北保定·高二）電磁波發(fā)射電路中的LC電磁振蕩電路如圖所示，某時(shí)刻電路中正形成圖示方向的電流，此時(shí)電容器的下極板帶正電，上極板帶負(fù)電，下列說(shuō)法正確的是（）A．線圈中的磁場(chǎng)方向向上且電流正在變大B．電容器中的電場(chǎng)方向向上且極板間的電勢(shì)差正在變大C．若在線圈中插入鐵芯，則發(fā)射的電磁波頻率變小D．若減少電容器極板間的正對(duì)面積，則發(fā)射的電磁波波長(zhǎng)變短ACD課堂訓(xùn)練5.（2022·河北邯鄲·高二期末）許多電氣設(shè)備的應(yīng)用都需要高強(qiáng)度的脈沖能量，如用于切割或焊接的脈沖激光器、產(chǎn)生高強(qiáng)度閃光的閃光燈等。這些能量可以從已經(jīng)充滿電的電容器快速放電中獲得。研究電容器充放電的電路如圖甲所示，該實(shí)驗(yàn)中通過(guò)電流傳感器獲取的電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙、丙所示（取通過(guò)R的電流方向由a經(jīng)R到b為電流正方向），下列說(shuō)法正確的是（

）A．乙圖為開(kāi)關(guān)S接2時(shí)的電流圖像B．乙、丙兩圖中圖線與t軸所圍面積相等C．形成乙圖圖線的過(guò)程中電容器的電容逐漸減小D．形成丙圖圖線的過(guò)