4.1 电磁振荡 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（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 02 03 01 主题(二) 电磁振荡 主题(一) LC振荡电路 目录 CONTENTS 主题(三) 周期和频率 04 第1节 电磁振荡 主题(四) 课堂练习 S + _ + _ + _ + _ + _ 新课引入：将开关S由a拨向b，电流会如何变化？ 电流传感器 b a i/mA t/s 3 2 1 0 -1 -2 -3 1 2 3 4 5 6 思考：为什么电流会如此变化？ S b a + _ + _ + _ + _ + _ 0 i t 0 q t 电流传感器 新课引入：将开关S由a拨向b，电流会如何变化？ S b a + _ + _ + _ + _ + _ 电流传感器 0 i t 0 q t 新课引入：将开关S由a拨向b，电流会如何变化？ S b a + _ + _ + _ + _ + _ 0 i t 0 q t 电流传感器 新课引入：将开关S由a拨向b，电流会如何变化？ LC振荡电路 新课引入：将开关S由a拨向b，电流会如何变化？ 第一部分 LC振荡电路 ++ −− ++ −− i 0 o q t t 反向放电 反向充电 正向放电 正向充电 一、LC振荡电路 i＝0 qm q↓ i↑ 放电 im 充电 q↑ i↓ q＝0 qm i＝0 放电 q↓ i↑ q＝0 im ++ −− 充电 q↑ i↓ i＝0 qm 振荡电流 ++++ −−−− i＝0 qm i 0 o q t t 反向放电 反向充电 正向放电 正向充电 一、LC振荡电路 1.放电: q↓→ 电场能转为磁场能， i↓→ U↓→ E↓→ 电场能↓ 磁场能转为电场能， B↓→ 磁场能↓ 2.充电: 【典例1】(2024·江苏南通期末)在LC振荡电路中,某时刻线圈中电流产生的磁场方向和电容器极板的带电情况如图所示,则图示状态 (　　) A.电容器刚好充电完毕 B.电容器的带电量在减小 C.线圈中的电流正在减小 D.磁场能正在向电场能转化 B 典例分析 在LC振荡电路里产生电流的过程中, 电容器极板上的电荷q、通过线圈的电流i、以及跟电流和电荷相联系的磁场B和电场E等都发生周期性的变化, 这种现象叫做电磁振荡，产生的电流叫振荡电流。 电磁振荡: 电磁振荡与机械振动类比 振荡电路 单摆 + − + − + − 放电 下摆 下摆：v在增大, 放电：i在增大, h在减少， 上摆 下摆 上摆 q在减少， EP在减少， E电在减少， EK在增加 E磁在增加 放电 充电 充电 振荡电路 单摆 + − + − + − 放电 下摆 上摆 下摆 上摆 放电 充电 充电 i－v q(U) －h E磁 － Ek E电－ Ep 电磁振荡与机械振动类比 第二部分 电磁振荡 概念: LC振荡电路中的电流i、磁感应强度B，电量q、场强E都在做周期性变化的现象。 2.特点: ①若电路无电阻，以及不向外辐射电磁波，则其振幅不变，称为无阻尼振荡。 二、电磁振荡 ++++ −−−− i＝0 qm 若电路无电阻 概念: LC振荡电路中的电流i、磁感应强度B，电量q、场强E都在做周期性变化的现象。 2.特点: ①若电路无电阻，以及不向外辐射电磁波，则其振幅不变，称为无阻尼振荡。 二、电磁振荡 ②若周期性补充能量，阻尼振荡振幅可不变. i 0 o q t t T T ++++ −−−− i＝0 qm 第三部分 周期与频率 电磁振荡与简谐运动有很多相似之处，它们的运动都有周期性，我们知道自由振动的T只与振动系统本身的特性有关，那么电磁振荡的T或f由什么因素决定呢？ 三、周期和频率 i 0 o q t t T T ++++ −−−− i＝0 qm 注意：振荡电路里在不受其他外界条件影响下发生无阻尼振荡时的T和f叫振荡电路的固有周期和固有频率， 三、周期和频率 ++++ −−−− i＝0 qm 1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2.频率：1 s内完成的周期性变化的次数。 i 0 o q t t T T 思考：试定性分析LC电路的T（f）与电容 C、电感L的关系。 ++++ −−−− i＝0 qm i 0 o q t t T T 思考：试定性分析LC电路的T（f）与电容 C、电感L的关系。 ++++ −−−− i＝0 qm i 0 t T 1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2.频率：1 s内完成的周期性变化的次数。 三、周期和频率 3.决定式： 注意①在一个周期内，振荡电流的方向改变两次； ②电场(或磁场)能完成两次周期性变化。 磁 场 能 电 场 能 T能= ③T(或f)是LC电路内部结构决定的。 【典例2】在LC振荡电路中，线圈L的自感系数为30μH，可调电容器C的可调范围为1.7-270pF。求振荡电路的频率范围。 解：根据LC振荡电路的频率公式 此振荡电路的频率范围是1.77×106—2.65×107Hz。 典例分析 ++++ −−−− i＝0 qm 1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2.频率：1 s内完成的周期性变化的次数。 三、周期和频率 3.决定式： 注意①在一个周期内，振荡电流的方向改变两次； ②电场(或磁场)能完成两次周期性变化。 T能= ③T(或f)是LC电路内部结构决定的． ④LC振荡的固有频率比照明电路频率高的多． ⑤现代的实际电路中使用的振荡器多数是晶体振荡器 【典例3】(多选)如图所示的电路中,自感线圈的自感系数为L,电容器的电容为C,电源电动势为E,现将开关S由1扳到2,从这一时刻起 (　 　) A.经历时间时,回路中的磁场能达到最大值 B.经历时间π时,回路中的磁场能达到最大值 C.在0~周期的时间里,电容器放电的电荷量为CE D.在0~周期的时间里,电容器放电的平均电流是 ACD 典例分析 《思维导图·电势能和电势》 课堂小结 电能的输送 电磁振荡 振荡电路 周期频率 巩固提高 【练习1】(2024·河南开封期末)已知LC振荡电路中电流随时间变化的曲线如图所示,则 (　　) A.ab段为电容器的放电阶段 B.a、c两时刻电容器里的电场能最大 C.b、d两时刻电容器带电量最大 D.b、d两时刻线圈里的磁感应强度最大 C 课堂练习 【练习2】(2024·湖北荆州期末)如图所示,图a为LC振荡电路,通过P点的电流如图b所示,规定P点电流方向向右为正方向,下列说法正确的是 (　　) A.0到t1时间内,电容器正在充电,上极板带正电 B.t1到t2时间内,电容器正在放电,上极板带负电 C.t2到t3时间内,电路中的电场能转化为磁场能 D.t3到t4时间内,电路中的磁场能转化为电场能 A 课堂练习 【练习3】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 D 课堂练习 【练习4】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 (　　) 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 C 课堂练习 【练习5】对振荡电路，下列说法正确的是（ ） A．振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的时间为 B．振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为2 C．振荡过程中，电容器极板间电场强度变化周期为2 D．振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期为2 CD 课堂练习 【练习6】5G技术是“第五代移动通信技术”的简称，采用了3300~5000MHz（1M=106）频段的无线电波，某发射5G无线电波的LC电磁振荡电路如图所示。下列说法正确的是（　　） A．图示时刻，电容器两极板带的电荷量正在增加 B．图示时刻，电感线圈储存的磁场能正在增加 C．5G通信技术采用的无线电波属于毫米波 D．无线电波的频率越大，在真空中传播的速度越大 A 课堂练习 【练习7】（多选）如图甲所示，在超声波悬浮仪中，由LC振荡电路产生高频电信号，通过压电陶瓷转换成同频率的超声波，利用超声波最终实现小水珠的悬浮。若某时刻LC振荡电路线圈中的磁场及电容器两极板所带的电荷如图乙所示，则下列说法正确的是（　　） A．此时电容器正在充电 B．此时电场能正向磁场能转化 C．此时线圈中的电流正在增大 D．在线圈中插入铁芯，LC振荡电路的周期增大 AD 课堂练习 【练习8】（多选）为实现自动计费和车位空余信息的提示和统计功能等，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的振荡电路获取车辆驶入驶出信息。如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．时刻，线圈的磁场能为零 B．时刻，电容器带电量最大 C．过程，电容器带电量逐渐增大 D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位 BD 课堂练习 谢 谢 观 看 Lavf58.29.100 $$