4.1电磁振荡（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

1.电磁振荡 第四章 电磁振荡与电磁波 人教版选择性必修第二册 导入新课 水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。 要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？ 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。 学习目标 物理观念 知道电磁振荡的周期和频率公式，认识科学的本质。 科学思维 通过类比推理，了解振荡电路中能量转换的情况，通过动画模拟，让学生理解产生振荡电路的过程。 科学探究 探究振荡电路、振荡电流及LC振荡电路的概念，分析电场和磁场的变化，电场能和磁场能的转化。 科学态度 与责任 增强科学思维，明确物理学科的本质，提高科学思维、实验探究、科学态度与责任的物理学科核心素养。 重点难点 重点 1. 知道LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化情况。 2. 知道LC振荡电路中电场能和磁场能的转化情况。 难点 1.知道电磁振荡的周期和频率，会用其分析、解释生产和生活中的相关问题。 1. 电磁振荡的产生 2. 电磁振荡中的能量变化 3. 电磁振荡的周期和频率 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第1节 电磁振荡 一、电磁振荡的产生 第1节 电磁振荡 一、电磁振荡的产生 把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。 先把开关置于电源一侧，为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。观察电脑显器显示的电压波形。 E C S L 为什么会出现这样的变化波形图？ 观察振荡电路中电压的波形 一、电磁振荡的产生 － － － － L C ＋ ＋ ＋ ＋ i＝0 qm im q＝0 q＝0 im ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － i＝0 qm 放电 q↓ i↑ 放电 q↓ i↑ 反向 充电 q↑ i↓ 充 电 q↑ i↓ 周期性的 变化 电路分析 一、电磁振荡的产生 1.振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流。 2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。 3.LC振荡电路：当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路。 4.理想的LC振荡电路:只考虑线圈、电容器的作用，而忽略能量损耗。 （注：振荡电流实际上就是频率很高的交变电流） 一、电磁振荡的产生 动画模拟 注意观察电荷量变化和电流大小及方向的变化情况 电磁振荡的产生 一、电磁振荡的产生 5.电磁振荡过程电量和电流的变化情况 放电 充电 放电 充电 q最大，u最大 i最小，B最小 t q/i 0 q最小，u最小 i最大，B最大 q最大，u最大 i最小，B最小 q最小，u最小 i最大，B最大 q最大，u最大 i最小，B最小 周而复始 放电 反向充电 反向放电 充电 q越大，u越大 i越大，B越大 我们把电路中的电流、电容器极板上的电荷量、电容器的电场强度、线圈里的磁感应强度，都在做周期性变化的这种现象叫做电磁振荡。 一个周期内两次充放电,电流方向改变两次 一、电磁振荡的产生 例1.如图所示为理想LC振荡回路，某时刻电容器极板带电情况和线圈中的磁场方向如图，下列哪些说法是正确的（ 　） A.此时电容器正在充电 B.此时线圈中的磁场能在减少 C.若在线圈中插入铁芯，振荡电流的频率增大 D.若增大电容器极板间距，振荡电流的频率增大 D 二、电磁振荡中的能量变化 第1节 电磁振荡 二、电磁振荡中的能量变化 具有动能的小炮弹将纸杯塔打倒。 在不接触电路的情况下，小炮弹的能量从何而来？ ——LC振荡电路 二、电磁振荡中的能量变化 振荡电路 + − + − + − 单摆 思考：在电磁振荡中，涉及到哪些能量，能量是如何转化的？ 在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化。那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的? 二、电磁振荡中的能量变化 1.在电磁振荡中的能量变化 电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化 0 t t 0 磁 场 能 电 场 能 Q、B、i、E变化周期 T 电场能、磁场能变化周期 电场能 磁场能 电场能 磁场能 电场能 Q、B、i、E 二、电磁振荡中的能量变化 LC回路工作过程具有对称性和周期性,可归结为: 2、电磁振荡的特点： （1）两个过程 放电过程 充电过程 （2）两个状态 放电完毕 充电完毕 电场能 磁场能 磁场能 电场能 q↓ → i↑ q↑ → i↓ 磁场能最大，电场能最小 电场能最大，磁场能最小 电场能 磁场能 充电 磁感强度B 电容器带电量ｑ 电路中电流ｉ 同步变化 同步变化 步调相反 两极间场强E 放电 二、电磁振荡中的能量变化 3.电磁振荡中的能量损耗 阻尼振荡产生的原因：这是由于电路都有电阻，电路中就会有一部分能量会转化为内能。另外，还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。 阻尼振荡：任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡。 实际情况 无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，也叫做等幅振荡。 理想情况 能量有损耗 内能 电磁波 二、电磁振荡中的能量变化 例2.振荡电路中电容器两端的电压随时间变化的关系如图所示，则( ) A.在时刻，电路中的电流最大 B.在 时刻，电路的磁场能最大 C.从至时刻，电路的电场能不断增大 D.从至时刻，电容器带的电荷量不断增多 BC 三、电磁振荡的周期和频率 第1节 电磁振荡 三、电磁振荡的周期和频率 1.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：1 s内完成的周期性变化的次数。 （3）LC回路的周期和频率：由回路本身的特性决定． 这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）． 思考：LC电路的周期（频率）与电容 C、电感L有什么样的关系？ t i 0 2．在一个周期内，振荡电流的方向改变两次； 电场能（或磁场能）完成两次周期性变化． 三、电磁振荡的周期和频率 理论分析表明，LC电路的周期T与电感L、电容C的关系是 ①式中各物理量T、L、C、f 的单位分别是s、H、F、Hz。 ②改变周期的方法： L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯。 注意：①在一个周期内，振荡电流的方向改变两次； ②电场能（或磁场能）完成两次周期性变化。 3.电磁振动的周期和频率规律 三、电磁振荡的周期和频率 例3.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。 四、课堂总结 第1节 电磁振荡 四、课堂总结 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：能够产生振荡电流的电路。 3.LC振荡电路：当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路。 4.电磁振荡：在整个过程中，电路中的电流i、电荷量q、电场强度E、磁感应强度B，都在周期性地变化着。 5.电磁振荡的周期和频率 五、练习与应用 第1节 电磁振荡 五、练习与应用 1．如图所示为LC回路中电流随时间变化的图像，规定回路中顺时针电流方向为正。在t=3T/4时，对应的电路是下图中的（　　） B 五、练习与应用 2.如图所示为理想LC振荡回路，某时刻电容器极板带电情况和线圈中的磁场方向如图，下列哪些说法是正确的（ 　） A.此时电容器正在充电 B.此时线圈中的磁场能在减少 C.若在线圈中插入铁芯，振荡电流的频率增大 D.若增大电容器极板间距，振荡电流的频率增大 D 五、练习与应用 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（ ） D 五、练习与应用 4.在LC振荡电路中,用以下哪种办法可以使振荡频率增大一倍(　　) A.自感L和电容C都增大一倍 B.自感L增大一倍,电容C减小到原来的一半 C.自感L减小到原来的一半,电容C增大一倍 D.自感L和电容C都减小到原来的一半 观察水波的干涉.观察水波的干涉.1097401309 VideoProc Lavf58.12.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 视频 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf57.56.101 $