第四章 第1节 电磁振荡-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第1节　电磁振荡 [学习目标要求]　1.了解电磁振荡的概念，知道什么是振荡电流和LC振荡电路。2.理解振荡电流产生的过程和能量转化情况。3.知道什么是电磁振荡的周期和频率，知道LC电路的周期和频率公式。 　电磁振荡的产生 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。由电感线圈L和电容器C所组成的电路就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路(如图所示)。 3．振荡过程 (1)放电过程：开关掷向线圈一侧的瞬间，电路中没有电流，电容器两极板上的电荷最多，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0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少。放电完毕时，放电电流达到最大值，电容器极板上没有电荷。 (2)充电过程：电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为0，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小。由于电流继续流动，电容器充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐增多，充电完毕瞬间，电流减小为0，电容器极板上的电荷最多。 4．电磁振荡：在LC振荡电路中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性变化的现象。 [判一判] (1)振荡电流的大小和方向均不断变化。(√) (2)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。(√) (3)LC振荡电路的电容器放电完毕时，电流最大。(√) 　电磁振荡中的能量变化 1．电容器放电过程：电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，放电完毕瞬间，电场能全部转化为磁场能。 2．电容器充电过程：线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，充电完毕瞬间，磁场能全部转化为电场能。 3．实际的LC振荡电路能量：电路中有电阻，电路中总有一部分能量转化为内能，另外还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。 [练一练] 如图甲所示，在LC振荡电路中，其电流变化规律如图乙所示，规定顺时针方向为电流i的正方向，则(　　) 甲　　　　　　　　　　乙　 A．0至0.5 s时间内，电容器C在放电 B．0.5 s至1 s时间内，电场能正在减小 C．1 s至1.5 s时间内，磁场能正在减小 D．1.5 s至2 s时间内，P点的电势比Q点的电势低 解析：A　0至0.5 s时间内，电路中电流顺时针变大，则电容器C在放电，选项A正确；0.5 s 至1 s时间内，电路中电流顺时针减小，则电容器正在充电，电场能正在增加，选项B错误；1 s至1.5 s 时间内，电路中电流逆时针增加，则磁场能正在增加，选项C错误；1.5 s至2 s时间内，电路中电流逆时针减小，电容器正在充电，此时电容器上极板带正电，即P点的电势比Q点的电势高，选项D错误。 　电磁振荡的周期和频率 1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2．频率：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比。 3．周期和频率公式：T＝2π，f＝。 4．固有周期和固有频率：如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响时的周期和频率。 　如图所示的电路，如果仅更换自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期T会怎样变化？ 提示：自感电动势更大，“阻碍”作用更大，周期变长。 学习任务一　电磁振荡的产生及能量变化 [导学探究] 如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2。 (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。 [思维深化] 1．各物理量随时间的变化图像：振荡过程中电流i、极板上的电荷量q之间的对应关系。(如图) 2．相关量与电路状态的对应情况 电路状态 a b c d e 时刻t 0 T 电荷量q 最多 0 最多 0 最多 电场能EE 最大 0 最大 0 最大 电流i 0 正向最大 0 反向最大 0 磁场能EB 0 最大 0 最大 0 3.(1)在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，与电容器有关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即q↓→E↓→E