4.1 电磁振荡（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

电磁振荡与电磁波 第1节　电磁振荡 第四章 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 　　通过实验，了解电磁振荡。知道LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化情况及电场能与磁场能的转化情况。知道电磁振荡的周期与频率，会用其分析、解释有关的简单问题。 　　经历从机械振动到电磁振荡的类比过程，体会类比推理的方法。经历分析电磁振荡周期与L、C关系的过程，体会定性分析推理的方法。 　　经历实验观察电磁振荡中各物理量的变化过程，体会实验在物理观念形成过程中的作用。 　　通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁振荡在人们生活中的地位。体会物理知识在生活中的重要作用，培养勇于探索的精神。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 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。 3．振荡过程：如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关S掷向2，从此时起，电容器要对线圈放电。 周期性 振荡电流 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (1)放电过程：由于线圈的____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____。放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到______。该过程电容器储存的______转化为线圈的______。 自感 减少 最大值 电场能 磁场能 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的____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。电容器开始____，极板上的电荷逐渐____，当电流减小到0时，充电结束，极板上的电荷量达到______。该过程线圈中的______又转化为电容器的______。此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流。 (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____产生，另外还会有一部分能量以______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。 自感 充电 增多 最大值 磁场能 电场能 热量 电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 二、电磁振荡的周期和频率 1．周期：电磁振荡完成一次__________需要的时间。 2．频率：数值等于单位时间内完成的__________的次数，即周期的倒数。 3．如果没有能量损失，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的____周期和____频率。 周期性变化 周期性变化 固有 固有 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (物理与生活)无线话筒就是LC振荡电路在实际中应用的典型实例，某LC振荡电路某时刻磁场方向如图所示。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (1)若电容器正在放电，则电容器上极板带正电。(　　 　　) (2)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大。(　　 　　) (3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少。(　　 　　) (4)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大。(　　 　　) (5)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板带最多的负电荷为止，这一段时间为一个周期。(　　 　　) × √ × × √ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点一 电磁振荡的产生和能量变化 如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电；再将开关S掷向2，使电容器通过线圈放电。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)电容器通过线圈放电的过程中，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)在电容器反向充电的过程中，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？ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 答案：(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)在电容器反向充电的过程中，线圈中的电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。 (3)线圈中的电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 1．用图像对应i、q的变化关系(如图所示) 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 2．相关量与电路状态的对应情况 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 3.几个关系 (1)同步同变关系 在LC振荡过程中： 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↑)； 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↑)。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 (2)同步异变关系 在LC振荡过程中q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小，且它们的变化是同步的，也即同步异向变化，则有q、E、EE↑→i、B、EB↓。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例1】 LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(　　) A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流方向由a向b B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上板带正电 C．若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上板带正电 D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b C 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 若磁场正在减弱，则磁场能正在减小，电场能正在增大，电容器正在充电，根据磁感线的方向，由右手螺旋定则可以判断出电流方向由b向a，由于是充电的过程，电流向正极板流动，故电容器上板带负电，A、B错误；若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器正在放电，根据右手螺旋定则可以判断出电流方向由b向a，因为是放电过程，电流从正极板流出，故电容器上板带正电，C正确，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 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。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练1] LC振荡电路中电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图所示，则(　　) A．在t1时刻，电路中的电流最大 B．在t2时刻，电路中的磁场能最小 C．t2～t3，电路中的电场能不断增大 D．t3～t4，电容器的带电荷量不断增大 C 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点二 电磁振荡的周期和频率 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)如图所示，如果仅将线圈更换为自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关S掷向2，电容器通过线圈放电，线圈的“阻碍”作用是否也更大？电容器的充放电时间会长些还是短些？ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 (2)如果仅将电容器更换为电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的电荷量是否增大？再将开关S掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？ 答案：(1)“阻碍”作用更大，时间更长。 (2)电荷量增大，放电时间变长。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例2】 (多选)要增大LC振荡电路的频率，下列方法正确的是(　　) A．将正对着的电容器的两个极板错开些 B．增大电容器的充电电荷量 C．减少自感线圈的匝数 D．抽出自感线圈中的铁芯 ACD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练2] (多选)要增大如图所示振荡电路的频率，下列说法正确的是(　　) A．减少电容器所带电荷量 B．将开关S从“1”位置拨到“2”位置 C．在线圈中插入铁芯 D．将电容器的动片旋出些 BD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点三 解决实际问题 [练3] (科技情境)无线话筒是LC振荡电路的一个典型应用。在LC振荡电路中，某时刻的磁场方向、电场方向如图所示，下列说法正确的是(　　) A 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A．电容器正在充电 B．振荡电流正在增大 C．线圈中的磁场正在增强 D．增大电容器两板之间的距离，LC振荡电路的频率减小 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练4] (生活情境)(多选)某中、短波双波段收音机的接收电路(部分)的原理图如图所示，通过切换开关S可使可变电容C分别与L1(线圈ad)和L2(线圈bd)组成LC回路，下列判断正确的是(　　) A．要接收短波，电台应将S拨到a B．S接a后，将可变电容动片旋入 一些可接收更高频率的信号 C．要接收短波，电台应将S拨到b D．S接b后，将可变电容动片旋入一些可接收波长更长的信号 AD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 1．(多选)在LC振荡电路中，若某个时刻电容器极板上的电荷量正在减少，则(　　) A．电路中的电流正在增大 B．电路中的电场能正在增加 C．电路中的电流正在减小 D．电路中的电场能正在向磁场能转化 素养训练 学业评价 AD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 电荷量减少，则电容器放电，电场能减少，磁场能增大，电流也在增大，电场能向磁场能转化，A、D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 2.如图所示的是LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是(　　) A．电容器正在放电 B．电容器正在充电 C．电感线圈中的电流正在增大 D．电容器两极板间的电场能正在减小 素养训练 学业评价 B 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 由题图电感线圈中的磁感线方向可以判定此时LC电路正在沿逆时针方向(从上往下看)充电，A错误，B正确；充电时电流正在减小，电感线圈中的磁场能正在减小，电容器两极板间的电场能正在增大，C、D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 3．在如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定电路中振荡电流逆时针方向为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是(　　) 素养训练 学业评价 D 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 4．为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法可采取的是(　　) A．增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯 B．减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数 C．减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯 D．减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数 素养训练 学业评价 D 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 5．某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC振荡电路的一部分。已知线圈自感系数L＝2.5×10－3 H，电容器电容C＝4 μF，在电容器开始放电时(取t＝0)，上极板带正电，下极板带负电，则(　　) 素养训练 学业评价 C 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 课时梯级训练（22） 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 4．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)。 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 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 0 最大 0 最大 0 由题图可知，t1时刻电容器两端电压最高，电路中的振荡电流为零；t2时刻电容器两端电压为零，电路中的振荡电流最大，磁场能最大，A、B错误；在t2至t3时间内，电容器两端电压增大，极板间的电场强度增大，则电场能增大，C正确；在t3至t4时间内，电容器两端电压减小，由C＝知，电容器所带电荷量减小，D错误。 1．LC振荡电路的周期T＝2π，频率f＝，决定周期和频率的是电路本身的电容C和自感系数L，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。 2．LC振荡电路一个周期内充电、放电各两次，对应的i、B、E大小、方向也有两次变化。 3．LC振荡电路一个周期内电场能与磁场能的转化各有两次。 根据公式f＝知，要使LC振荡电路的频率增大，必须减小L和C二者之积，将正对着的电容器的两个极板错开些，正对面积减小，电容C减小，L不变，f增大，A正确；增大电容器的充电电荷量，电容和自感系数都不变，f不变，B错误；减少自感线圈的匝数，自感系数L减小，C不变，f增大，C正确；抽出自感线圈中的铁芯，自感系数L减小，C不变，f增大，D正确。 根据公式f＝可知，要增大f，必须减小L和C二者之积。C跟电容器所带电荷量无关，减小两极板的正对面积、增大两极板间的距离、从两极板间抽出电介质都可减小电容C，A错误，D正确；线圈匝数变少或抽出铁芯，L变小，f增大，B正确，C错误。 由题图中磁场的方向，根据安培定则可知电流从电容器上极板经线圈流向下极板，由电场方向可知，下极板是正极，故此时电容器正在充电，A正确；因电容器正在充电，则电路中的电流正在减小，线圈中的磁场正在减弱，B、C错误；根据C＝可知，增大电容器两板之间的距离，电容减小，根据f＝＝可知，LC振荡电路的频率增大，D错误。 由振荡电路的周期公式T＝2π知，电台将S拨到a，L变小，T变小，适合接收短波，A正确，C错误；S接a后，将可变电容动片旋入一些，使电容器极板的正对面积S变大，由C＝可知，C变大，振荡周期T变大，频率f变小，故可接收更低频率的信号，B错误；S接b后L较大，将可变电容动片旋入一些，C变大，振荡周期T变大，故可接收波长更长的信号，D正确。 电容器极板间电压U＝，随电容器极板上电荷量的增大而增大，随电荷量的减小而减小。从题图乙可以看出，在0～这段时间内是充电过程，且UAB>0，即φA>φB，A板应带正电，只有顺时针方向的电流才能使A板被充电后带正电，同时考虑到t＝0时刻电压为零，电容器极板上的电荷量为零，电流最大，即t＝0时刻，电流为负向最大，D正确。 LC振荡电路的频率公式f＝，由此式可知增大固有频率f的方法是只减小L或只减小C或同时减小L和C。另外由电容器电容公式C＝可知，若电容器两极板的正对面积增大，则C增大，正对面积减小，则C减小；若电容器两极板间的距离减小，则C增大，距离增大，则C减小。在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数，则L增大，减小线圈的匝数，则L减小。综上可知只有D正确。 A．LC振荡电路的周期T＝π×10－4 s B．当t＝π×10－4 s时，电容器上极板带正电 C．当t＝×10－4 s时，电路中电流方向为顺时针 D.当t＝×10－4 s时，电场能正转化为磁场能 LC振荡电路的周期T＝2π＝2π× s＝2π×10－4 s，A错误；当t＝π×10－4 s＝时，电容器反向充满电，所以电容器上极板带负电，B错误；当t＝×10－4 s时，即0<t<，电容器正在放电，电路中电流方向为顺时针，C正确；当t＝×10－4 s时，即<t<，电容器处于反向充电过程，磁场能正在转化为电场 能，D错误。 $$