人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學案2：4 1 電磁振蕩

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE14.1電磁振蕩〖學習目標〗1．知道什么是LC振蕩電路和振蕩電流。2．知道LC振蕩電路中振蕩電流的產生過程，知道電磁振蕩過程中能量的轉化情況。3．知道電磁振蕩的周期與頻率。〖自主學習〗知識點一電磁振蕩的產生電磁振蕩中的能量變化〖新知導入〗如圖所示，將開關S擲向1，先給電容器充電；再將開關S擲向2，使電容器通過線圈放電。(1)電容器通過線圈放電過程中，線圈中的電流怎樣變化？電容器的電場能轉化為什么形式的能？(2)在電容器反向充電過程中，線圈中的電流如何變化？電容器和線圈中的能量是如何轉化的？(3)線圈中自感電動勢的作用是什么？〖知識梳理〗1．振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流。2．振蕩電路：能夠產生振蕩電流的電路。3．LC振蕩電路：由電感線圈L和電容器C組成的電路，是最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。如圖所示。4．電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器極板上的電荷量q，電路中的電流i，電容器里面的電場強度E、線圈里的磁感應強度B，都在周期性地變化著。這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。5．電磁振蕩中的能量變化(1)能量轉化：電容器放電過程中，電場能向磁場能轉化。電容器充電過程中，磁場能向電場能轉化。(2)無能量損失時，振蕩電路做等幅振蕩。(3)實際振蕩電路中有能量損失,通過適時補充能量給振蕩電路,可使振蕩電路做等幅振蕩?！夹≡嚺５丁?．判斷正誤。(1)要產生持續(xù)變化的電流，可以通過線圈和電容器組成的電路實現(xiàn)。()(2)LC振蕩電路的電容器放電完畢時，回路中磁場能最小，電場能最大。()(3)LC振蕩電路中電流增大時，電容器上的電荷量一定減少。()(4)振蕩電路中，電容器里的電場強度E、線圈里的磁感應強度B都在周期性地變化。()2．〖多選〗如圖所示，L為一電阻可忽略的線圈，D為一燈泡，C為電容器，開關S處于閉合狀態(tài)，燈泡D正常發(fā)光?，F(xiàn)突然斷開S，并開始計時，能正確反映電容器a極板上電荷量q及LC回路中電流i(規(guī)定順時針方向為正方向)隨時間變化的圖像是(圖中q為正值表示a極板帶正電)()知識點二電磁振蕩的周期和頻率〖新知導入〗如圖所示的電路，(1)如果僅將線圈更換為自感系數(shù)L更大的線圈，將開關S擲向1，先給電容器充電，再將開關S擲向2，電容器通過線圈放電，線圈的“阻礙”作用是否也更大？電容器的充放電時間會長些還是短些？(2)如果僅將電容器更換為電容C更大的電容器，將開關S擲向1，先給電容器充電，電容器的帶電荷量是否增大？再將開關S擲向2，電容器通過線圈放電，放電時間是否相應地變長？〖知識梳理〗1．周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。2．頻率：周期的倒數(shù)，數(shù)值等于單位時間內完成的周期性變化的次數(shù)。如果振蕩電路沒有能量損失，也不受其他外界影響，這時的周期和頻率叫作振蕩電路的固有周期和固有頻率。3．LC電路的周期和頻率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))。其中周期T、頻率f、電感L、電容C的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。4．實際電路中的晶體振蕩器：其工作原理與LC振蕩電路的原理基本相同。〖小試牛刀〗1．判斷正誤。(1)LC振蕩電路中，電容器的某一極板，從帶最多的正電荷放電開始到這一極板帶最多的負電荷為止，這一段時間為一個周期。()(2)要提高LC振蕩電路的振蕩頻率，可以減小電容器極板的正對面積。()(3)電磁振蕩的一個周期內，電場能的變化周期與電流變化周期相同。()(4)LC電路中的電感L變小，其振蕩頻率也變小。()2．要想增大LC振蕩電路中產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〖課堂探究〗一、電磁振蕩的變化規(guī)律探究1：在電磁振蕩的過程中，電場能與磁場能相互轉化，什么時候磁場能最大？什么時候電場能最大？〖要點歸納〗1．振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像2．LC電路振蕩過程中各物理量的對應關系帶電荷量q電場強度E電壓u電場能E電電流i磁感應強度B磁場能E磁0→eq\f(T,4)電容器放電減小減小減小減小增大增大增大t＝eq\f(T,4)時刻0000最大最大最大eq\f(T,4)→eq\f(T,2)反向充電增大增大增大增大減小減小減小t＝eq\f(T,2)時刻最大最大最大最大000eq\f(T,2)→eq\f(3T,4)反向放電減小減小減小減小增大增大增大t＝eq\f(3T,4)時刻0000最大最大最大eq\f(3T,4)→T電容器充電增大增大增大增大減小減小減小例1〖多選〗在如圖甲所示的LC振蕩電路中，通過P點的電流隨時間變化的圖像如圖乙所示，若把通過P點向右的電流規(guī)定為i的正方向，則()A．0至0.5ms內，電容器C正在充電 B．0.5ms至1ms內，電容器上極板帶正電C．1ms至1．5ms內，Q點比P點電勢高D．1．5ms至2ms內，磁場能在減少規(guī)律方法LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法(1)根據電流流向判斷：當電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉化，處于充電過程；反之，當電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉化，處于放電過程。(2)根據物理量的變化趨勢判斷：當電容器的帶電荷量q(電壓U、場強E)增大或電流i(磁感應強度B)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程。(3)根據能量判斷：電場能增加時充電，磁場能增加時放電。二、LC振蕩電路的周期和頻率探究2：為了測量儲罐中不導電液體的高度，將與儲罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構成的電容C置于儲罐中，通過開關S與電感L或電源相連。當開關從a撥到b時，由電感L與電容C構成的回路中產生振蕩電流。當儲罐內的液面高度降低時，所測得的LC回路振蕩電流的頻率如何變化？〖要點歸納〗對“LC振蕩電路”固有周期和固有頻率的理解(1)LC振蕩電路的周期、頻率都由電路本身的特性(L和C的值)決定，與電容器極板上電荷量的多少、極板間電壓的高低、是否接入電路中等因素無關，所以稱為LC振蕩電路的固有周期和固有頻率。(2)使用周期公式時，一定要注意單位，T、L、C、f的單位分別是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫茲(Hz)。(3)電感L和電容C在LC振蕩電路中既是能量的轉換器，又決定著這種轉換的快慢，L或C越大，能量轉換時間也越長，故固有周期也越長。(4)電路中的電流i、線圈中的磁感應強度B、電容器極板間的電場強度E的變化周期等于LC電路的振蕩周期，即T＝2πeq\r(LC)，在一個周期內上述各量方向改變兩次；電容器極板上所帶的電荷量，其變化周期也等于振蕩周期，即T＝2πeq\r(LC)，極板上電荷的電性在一個周期內改變兩次；電場能、磁場能也在做周期性變化，但是它們的變化周期是振蕩周期的一半，即T′＝eq\f(T,2)＝πeq\r(LC)。例2LC振蕩電路的電容C＝556pF，電感L＝1mH，則其周期是多少？(結果保留三位有效數(shù)字)規(guī)律方法解電磁振蕩周期相關題目的方法(1)明確振蕩周期T＝2πeq\r(LC)，即T取決于L，C，與極板所帶電荷量、兩板間電壓無關。(2)明確電感線圈的自感系數(shù)L及電容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；由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，電容C與電介質的相對介電常數(shù)εr、極板正對面積S及板間距離d有關。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學習〗知識點一電磁振蕩的產生電磁振蕩中的能量變化〖新知導入〗(1)電容器放電過程中，線圈中的電流逐漸增大，電容器的電場能轉化為磁場能。(2)在電容器反向充電過程中，線圈中的電流逐漸減小，線圈中的磁場能轉化為電容器的電場能。(3)線圈中電流變化時，產生的自感電動勢阻礙電流的變化?！夹≡嚺５丁?．√×√√2．〖答案〗BC〖解析〗S斷開前，電容器C短路，線圈中電流從上向下，電容器不帶電；S斷開時，線圈L中產生自感電動勢，阻礙電流減小，電容器C充電，此時LC回路中電流i沿順時針方向(正向)最大；電容器充電過程，電容器帶電荷量最大時(a板帶負電)，線圈L中電流減為零。此后，LC回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流。綜上所述，選項B、C正確。知識點二電磁振蕩的周期和頻率〖新知導入〗(1)“阻礙”作用更大時間變長。(2)帶電荷量增大放電時間變長?！夹≡嚺５丁?．×√××2．〖答案〗A〖解析〗LC振蕩電路中產生的振蕩電流的頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，要想增大頻率，應該減小電容C，或減小線圈的自感系數(shù)L，再根據C＝eq\f(εrS,4πkd)可知增大電容器兩極板的間距，電容減小，所以A正確；升高電容器的充電電壓，電容不變，B錯誤；增加線圈的匝數(shù)、在線圈中插入鐵芯，自感系數(shù)增大，頻率減小，故C、D錯誤?！颊n堂探究〗探究1：放電剛結束時，電場能全部轉化成了磁場能，磁場能最大；充電剛結束時，磁場能全部轉化成了電場能，電場能最大。例1〖答案〗CD〖解析〗由題圖乙知0至0.5ms內i在增大，電容器正在放電，A錯誤。0.5ms至1ms內，電流在減小，應為充電過程，電流方向不變，電容器上極板帶負電，B錯誤。在1ms至1.5ms內，為放電過程，電流方向改變，Q