4.1电磁振荡-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第二册）

选择性必修二学案 第四章 电磁振荡与电磁波 4.1　电磁振荡 一、新课标要求 1．知道什么是LC振荡电路和振荡电流。 2．知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程，知道电磁振荡过程中能量的转化情况。 3．知道电磁振荡的周期与频率。 二、科学素养要求 1.物理观念：电磁振荡 2.科学思维：体会电磁振荡过程和能量变化，培养归纳总结、分析推理能力。 3.科学探究：通过实验，体验科学探究过程。 4.科学态度与责任：学习科学家的科学精神，实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。 三、教材研习 知识点一　电磁振荡的产生　电磁振荡中的能量变化 [情境导学] 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。 (1)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？ (2)在电容器反向充电过程中，线圈中的电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？ (3)线圈中自感电动势的作用是什么？ 提示：(1)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。 (2)在电容器反向充电过程中，线圈中的电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。 (3)线圈中电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化。 [知识梳理] 1．振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 2．振荡电路：能够产生振荡电流的电路。 3．LC振荡电路：由电感线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。如图所示。 4．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量q，电路中的电流i，电容器里面的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。 5．电磁振荡中的能量变化 (1)能量转化：电容器放电过程中，电场能向磁场能转化。电容器充电过程中，磁场能向电场能转化。 (2)无能量损失时，振荡电路做等幅振荡。 (3)实际振荡电路中有能量损失，通过适时补充能量给振荡电路，可使振荡电路做等幅振荡。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的电路实现。(√) (2)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大。(×) (3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷量一定减少。(√) (4)振荡电路中，电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B都在周期性地变化。(√) 2．[多选]如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯泡D正常发光。现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i(规定顺时针方向为正方向)随时间变化的图像是(图中q为正值表示a极板带正电)(　　) 知识点二　电磁振荡的周期和频率 [情境导学] 如图所示的电路，(1)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长些还是短些？ (2)如果仅将电容器更换为电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关S掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？ 提示：(1)“阻碍”作用更大　时间变长。 (2)带电荷量增大　放电时间变长。 [知识梳理] 1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2．频率：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。 如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率。 3．LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝。其中周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。 4．实际电路中的晶体振荡器：其工作原理与LC振荡电路的原理基本相同。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电开始到这一极板带最多的负电荷为止，这一段时间为一个周期。(×) (2)要提高LC振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积。(√) (3)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。(×) (4)LC电路中的电感L变小，其振荡频率也变小。(×) 2．要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是(　　) A．增大电容器两极板的间距 B．升高电容器的充电电压 C．增加线圈的匝数 D．在线圈中插入铁芯 四、要点突破 要点一 电磁振荡的变化规律 [问题探究] 在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？什么时候电场能最大？ 提示：放电刚结束时，电场能全部转化成了磁场能，磁场能最大；充电刚结束时，磁场能全部转化成了电场能，