第4章 1 电磁振荡-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册人教版（教师用书）

1　电磁振荡 [学业要求] 1．知道什么是LC振荡电路和振荡电流。 2．知道LC回路中振荡电流的产生过程，知道电磁振荡过程中能量转化情况。 3．知道电磁振荡的周期与频率，会求LC电路的周期与频率。 一、电场振荡的产生 阅读教材，并回答： 根据教材图4.1­2分析 (1)电容刚开始正向放电时，电容所带电荷量Q是怎样的？电路中是否存在电流？ (2)电容正向放电过程中，电流的方向是怎样的？振荡电路中电感会发生自感现象，自感作用是什么？电流大小是如何变化的？电容所带电荷量如何变化？ (3)电容所带电量Q为多少时，标志电容正向放电完毕，电流是怎样的？ (4)放电过程结束后，电流会从最大值直接变为零吗？ (5)自感线圈给电容器反向充电的过程中，电路中的电流，电容所带电荷量是如何变化的？ 答：(1)(2)(3)(4)(5)见教材 [概念·规律] 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：产生__振荡电流__的电路。 3．LC振荡电路的放电、充电过程 (1)电容器放电：线圈有__自感__作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电荷逐渐__减少__，放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到__最大值__。该过程电容器的__电场能__全部转化为线圈的__磁场能__。 (2)电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有__自感__作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始__反向充电__，极板上的电荷逐渐__增加__，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到__最大__。该过程中线圈的__磁场能__又全部转化为电容器的__电场能__。 (3)实际的LC振荡是阻尼振荡。电路中有电阻，振荡电流通过时会有热量产生，另外还会有一部分能量以__电磁波__的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。 二、电磁振荡中的能量变化 阅读教材，并回答： 1．根据教材图4.1­2分析电磁振荡过程与单摆振动过程中能量转化的相似性。 答：略 2．尝试画出电磁振荡过程中电场能和磁场能的变化图像 答： 三、电磁振荡的周期和频率 1．一次全振荡：发生电磁振荡时，通过电路中某一点的__电流__，由某方向的最大值再恢复到__同一__方向的最大值，就完成了一次全振荡。 2．周期：电磁振荡完成一次__全振荡__需要的时间。 3．频率：1 s内完成的__全振荡__的次数。 如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫作振荡电路的__固有__周期和__固有__频率。 4．周期和频率公式：T＝__2π__，f＝____。 探究点一　电磁振荡的产生 1．LC电磁振荡的产生过程 2．分类分析 (1)同步关系 在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即 q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑) 振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即 i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑) (2)同步异变关系 在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，也即q、E、EE↑i、B、EB↓。 注意：自感电动势E的变化规律与q­t图像相对应。 　如图甲为电容器上极板电量q随时间t在一个周期内的变化图像，如图乙为LC振荡电路的某一时刻的状态，线圈L中磁场方向向上，电容器中电场方向向上，则(　　) A．t2～t3中某时刻与图乙状态相对应 B．t1～t2时间内LC振荡电路内的电流为顺时针 C．t1时刻线圈中自感电动势为零 D．图乙中电容器极板间电场能逐渐减小 [解析]　t2～t3时间内电容器充电，且上极板带负电，所以LC振荡电路内的电流为逆时针，根据安培定则可知L中磁场方向向上，所以t2～t3中某时刻与题图乙状态相对应，此时电容器极板间电场能逐渐增大，故A正确，D错误；t1～t2时间内电容器放电，且上极板带正电，所以LC振荡电路内的电流为逆时针，故B错误；t1时刻回路中电流为零，电流变化率最大，线圈中的感应电动势最大，故C错误。 [答案]　A ●核心素养·思维升华 　　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：当电容器的电荷量q(电压U、电场强度E、电场能EE)增大或电流i(磁感应强度B、磁场能EB)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