第四章 电磁振荡和电磁波综合提升-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 综合提升 专题1 电磁振荡 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。 6.描述电磁振荡的物理量． （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。 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)。 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。 7．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像 8．LC电路振荡过程中各物理量的对应关系 带电荷量q 电场强度E 电压u 电场能E电 电流i 磁感应强度B 磁场能E磁 0→电容器放电 减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大 t＝时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大 →反向充电 增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小 t＝时刻 最大 最大 最大 最大 0 0 0 →反向放电 减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大 t＝时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大 →T电容器充电 增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小 9. 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、场强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。　　　　 10. 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，能量转换时间也越长，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T＝2π，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T＝2π，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T′＝＝π。 【典例】.（2020年1月浙江选考）如图所示，单刀双掷开关 S 先打到 a 端电容器充满电。 t 0 时开关 S 打到 b 端，t 0.02s 时， LC 回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则 A． LC 回路中的周期为0.02s B． LC 回路中电流最大时电容器中电场能最大 C． t 1.01s 时线圈中磁场能最大 D．t 1.01s 时回路中的电流沿顺时针方向 【针对训练】 （2020年4月浙江稽阳联考）如图所示是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先把电容器充满电。t=0时如图(a)所示，电容器中的电场强度最大，电容器开始放电。t=0.02s时如图(b)所示，LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则 ( I I ) A．此LC振荡电路的周期T=0.04s B．t=0.05s时，回路电流方向与图(b)中所示电流方向相同 C．t=0.06s时，线圈中的磁场能最大 D．t=0.10s时，线圈中的电场能最大 专题2 麦克斯韦的电磁场理论和电磁波 1．麦克斯韦总结了人们对电磁规律的研究成果，大胆预言了电磁场的存在