4.1电磁振荡-2023-2024学年高二物理备课必备讲义（人教版2019选择性必修第二册）

第四章 电磁振荡与电磁波 第1节 电磁振荡 【科技前沿】中国电科实现太赫兹振荡器辐射源1T赫兹频率突破 中国电科网络通信研究院在国内首批实现太赫兹振荡器(RTO)辐射源1T赫兹(Hz)频率突破。 这一重要成果可应用于太赫兹源、振荡器、上下变频器、调制器、高灵敏外差式太赫兹探测系统等领域，为未来太赫兹高速通信和探测设备的小型化提供良好技术支撑，并将产生巨大的经济效益和社会效益。 中国电科介绍说，太赫兹通信是未来6G通信的关键技术之一，基于电子学的太赫兹高速无线通信系统，目前是国际上太赫兹科学研究中最为突出的一个方向。 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是振荡电流和振荡电路. 科学思维 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的能量转化情况. 科学探究 知道LC电路的周期和频率公式，并会进行相关的计算． 科学态度与责任 通过电磁振荡知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 知识点一　电磁振荡的产生及能量变化 【情境导入】 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？ 【知识梳理】 1．振荡电流：大小和方向都做 迅速变化的电流． 2．振荡电路：能产生 的电路．最简单的振荡电路为LC振荡电路． 3．LC振荡电路电容器的放电、充电过程 (1)电容器放电：由于线圈的 作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐 ．放电完毕时，极板上没有电荷，放电电流达到 ．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，由于线圈的 作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始 ，极板上的电荷逐渐 ，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷最多．该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能． 4．电磁振荡的实质 在电磁振荡过程中，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 ，电场能和磁场能也随着发生周期性的 ． 【重难诠释】 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↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)． 与线圈有关的物理量：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)在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小，即q、E、EE↑i、B、EB↓. 【典例精析】 例1．例1．如图所示的无线话筒是一个将声信号转化为电信号并发射出去的装置，其内部电路中有一部分是振荡电路。若话筒使用时，某时刻，话筒中振荡电路中磁场方向如图所示，且电流正在减小，下列说法正确的是（　　） A．电容器正在放电，极板上的电荷量正在减少 B．电容器下板带负电 C．俯视看，线圈中电流沿逆时针方向 D．电场能正在向磁场能转化 【规律方法】 1．判断电容器是充电还是放电，一般依据电流的方向，电流由正极板流出为放电，向正极板流入为充电． 2．判断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电荷量的增减． 3．自感电动势的作用是阻碍电流的增大还是阻碍电流的减小，可依据放电电流不断增大，充电电流不断减小来判断． 变式训练1 如图所示，像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像，在时刻，回路中电容器的M板带正电，在某段时间里，回路的磁场能在增大，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中（　　） A．段 B．段 C．段 D．段 知识点二　电磁振荡的周期和频率 【情境导入】 如图所示的电路． (1)如果仅更换电感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