第四章 第一节 电磁振荡-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册同步全程学习全书word（粤教版）

[本章学业要求] 物理观念:能初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想,了解电磁振荡、电磁波、电磁波谱的内涵,知道电磁波的产生、传播和接收,知道场的统一性与多样性;能解释生产、生活中与电磁波有关的现象,能说明人们对电磁波的应用.具有与电磁波相关的物质观念、相互作用观念和能量观念. 科学思维:能用电磁振荡解释电场能与磁场能的相互转化;能分析电磁波的产生、传播和接收等问题;能通过证据说明电场与磁场的相互转化;能从不同角度综合思考电与磁的问题. 科学探究:能根据实验现象及结果提出问题;能通过实验收集关于电磁波如何发射与接收的信息;能解释赫兹实验及电磁波的发射与接收;有主动与同学交流的积极性. 科学态度与责任:能体会物理学对统一性的追求,能体会理论预言在科学发展中的作用,以及实验证据对新理论的支撑作用;能体会麦克斯韦电磁理论的基本思想,感受麦克斯韦电磁理论的美妙;能体会电磁波的应用对人类生活和社会发展的影响. 第一节　电磁振荡 [课标引领] 建构核心素养 物理观念 知道电磁振荡、振荡电流、振荡电路及描述电磁振荡的周期和频率等概念,初步形成与电磁振荡相关的物理观念 科学思维 掌握LC回路中振荡电流的产生过程,通过振荡电路的分析,体会物理模型在探索自然规律中的作用 科学探究 经历电磁振荡过程的探究,体会科学探究在物理规律形成过程中的重要作用 科学态度与责任 通过电磁振荡在生活、生产中的应用,认识到物理学是基于人类有意识的探索而形成 一、振荡电流的产生 如图所示,先把开关置于电源一边,为电容器充电,稍后再把开关置于线圈一边,使电容器通过线圈放电.电流表指针有何变化?说明什么问题? 答案:指针左右摆动,表明电路中产生了变化的电流. 1.振荡电流 大小和方向都做周期性变化的电流. 2.振荡电路 能产生振荡电流的电路称为振荡电路. 3.LC振荡电路 由线圈和电容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.振荡电流的特点 LC振荡电路产生的振荡电流是按正弦或余弦规律变化的.振荡电流是一种频率很高的交变电流. 二、电磁振荡中能量的转化 1.LC振荡电路理想化模型中的过程分析 (1)放电瞬间. 如图a所示,当开关由a处扳向b处的瞬间,即电容器刚要放电的瞬间,电路中没有电流,线圈中没有磁场,电容器里的电场最强,电路里的能量全部储存在电容器的电场中. (2)放电过程. 电容器开始放电后,由于线圈的自感作用,放电电流不能立刻达到最大值而是由零逐渐增大,如图b所示.放电完毕时,电容器极板上没有电荷,放电电流达到最大值.在这个过程中,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,能量由电场能逐渐转化为磁场能.在放电完毕瞬间,电场能全部转化为磁场能. (3)充电过程. 电容器放电结束时,由于线圈的自感作用,电流不会立刻减小为零,而是保持原来的方向继续流动并逐渐减小,由于电流继续流动,电容器在与原来相反的方向上重新充电.到反方向充电结束的瞬间,电流减小为零,电容器极板上的电量达到最大值,如图c所示,能量由磁场能逐渐转化为电场能.在反方向充电完毕瞬间,磁场能全部转化为电场能. (4)反向放电过程. 此后电容器又开始反向放电,电路中的电场能量又逐渐转变为磁场能量,如图d所示.电容器反向放电完毕,电场能量为零,磁场能量达到最大值. (5)再度充电过程. 接着电流给电容器再度充电,恢复到图a的状态,如图e所示.电场能量达到最大值,磁场能量为零. 2.电磁振荡 在LC振荡电路中充、放电过程周而复始地进行,由此产生大小和方向呈周期性变化的振荡电流,线圈中对应的磁场和电容器里的电场也呈周期性变化,电场能和磁场能相互转化.这种现象称为电磁振荡. 3.电磁振荡过程回路中的电流i和电容器极板上带电量q随时间的周期性变化图像 三、电磁振荡的周期和频率 通过分析LC振荡电路的充、放电过程,猜想一下电磁振荡的周期和频率可能与哪些因素有关? 答案:可能与线圈的自感系数L和电容器的电容C有关. 1.周期 电磁振荡完成一次周期性变化所用的时间称为电磁振荡的周期. 2.频率 电磁振荡在一段时间内做周期性变化的次数与所用时间之比称为电磁振荡的频率. 3.周期和频率公式 理论与实验表明,LC振荡电路的振荡周期T和频率f只与自感系数L和电容C有关,与其他因素无关.它们的关系式为T=2π,f= . 1.判断正误 (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振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍,振荡周期增大为原来的2倍.(　√　) (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.(　×　) 2.如图为LC回路中电流随时间变化的图像,有些同学认为“振荡电流实际上就是交变电流”,这种说法对吗? 答案:对.振荡电流实际上就是交变