4.1 电磁振荡（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

第四章 电磁振荡与电磁波 人教版（2019）选择性必修 第二册 1.电磁振荡 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 建立电磁振荡的核心物理观念，知道 LC 振荡电路的组成，理解振荡电流的含义，区分振荡电流与恒定电流、交变电流；理解电磁振荡的产生机理，认识振荡过程中电容器充放电规律；理解电场能、磁场能相互转化的特点，知道无阻尼振荡、阻尼振荡的区别；掌握振荡周期、频率的物理意义，知道电磁振荡过程遵循能量守恒，为本章电磁波的发射、接收等内容的学习奠定基础。 科学思维 能结合电容器充放电、电感线圈的自感作用、电场能与磁场能周期性转化，对电磁振荡全过程开展推理分析；通过改变电感 L、电容 C 等实例辨析电磁振荡的变化规律，提升动态分析与逻辑推理能力；能根据 LC 振荡情景分析电荷量、电流、电场强度、磁感应强度的变化规律，区分各物理量的同步、反相变化关系；会利用图像模型分析电磁振荡，能对振荡过程中的能量转化问题做动态推导，发展证据意识与科学论证能力。 科学探究 能通过 LC 振荡电路演示实验，观察电流表、示波器上电流、电压波形变化，探究振荡电流周期性变化的特点；借助电容器、电感线圈、示波器、电源等实验器材，改变电感大小、电容大小，观察振荡周期、波形的变化；经历记录现象、对比归纳，得出 LC 振荡电路周期影响因素的过程，会做简单的数据、图像对比分析，培养从实验现象提炼物理规律的能力。 科学态度与责任 能通过探究电磁振荡的实验，体会实验在电磁场研究中的价值；通过了解电磁振荡在无线电通信、雷达、射频技术等生活生产中的广泛应用，认识电磁振荡对现代信息社会、科技发展的推动作用；在探究过程中养成严谨求实、尊重实验事实的习惯；体会电磁场理论转化为信息技术的意义，激发对电磁技术的探索兴趣，树立运用物理知识服务社会的意识。 学习目标 电磁振荡的产生 01 教学内容 电磁振荡中的能量变化 02 电磁振荡的周期和频率 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 知道 LC 振荡电路的组成，理解电磁振荡的产生过程，认识电容器充放电规律。 掌握振荡过程中电荷量、电流、电场能、磁场能的变化规律，看懂电磁振荡的图像。 区分电磁振荡各阶段物理量的同步、反相变化关系；动态分析电场能与磁场能周期性转化的过程，理解无阻尼振荡与阻尼振荡。 重点难点 课堂导入——观察与思考 旅行者 1 号探测器是目前离地球最远的人造天体，它给我们发回了上万张神秘宇宙的照片。1990 年 2 月 14 日，已经完成主要任务的旅行者1 号在距离地球 60 亿千米之外接到了来自地球的指示，调转照相机，朝着地球的方向拍摄了一组照片。在传回地球的照片中，我们的地球是一个极小的暗淡蓝点，看不出与其他星球的区别。时至今日，我们仍然能够接收到 200 亿千米之外旅行者 1 号发来的信息。 电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，极大地改变了人们的生活，开阔了我们的视野。 课堂导入——观察与思考 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。电视、广播接收的是电磁波，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？ 01 PART 01 第一部分 电磁振荡的产生 探究新知 8 探究新知——观察振荡电路中电压的波形 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？ 探究新知——电磁振荡的产生 － － － － L C 自感 ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － E C ＋ ＋ ＋ ＋ 探究新知——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 探究新知——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：能够产生振荡电流的电路。 ③LC振荡电路： 想一想与交流电有何区别？ 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。 1.概念 探究新知——电磁振荡的产生 2.振荡电路的工作原理 注意观察电荷量变化和电流大小及方向的变化情况 动画模拟 探究新知——电磁振荡的产生 2.振荡电路的工作原理 电磁振荡的充放电过程 + - + - + - + - + - 正向放电 正向充电 反向放电 反向充电 ①电容器充电结束，两极板上的电荷最多。 ②回路中电流从0开始逐渐增到最大。两极板电荷量从最大减为0。 ③自感线圈给电容器正向充电结束，回路中电流从最大减为0，两极板电荷量从0变回最大。 ⑤自感线圈给电容器反向充电，于是整个电路回到最开始状态。 ④电容开始反向放电 探究新知——电磁振荡的产生 2.振荡电路的工作原理 电磁振荡的图象分析 电流I 0 t + - 电容器 电量Q 0 t + - + - + - + - 正向放电 正向充电 反向放电 反向充电 02 PART 02 第二部分 电磁振荡中的能量变化 探究新知 16 探究新知——电磁振荡中的能量变化 i 0 t 0 t Q 0 t E 0 t 时间 t 电 流 I 电量 Q 电场能 磁场能 0 零 最大 最大 最大 零 零 零 零 零 零 零 最大 最大 最大 最大 最大 最大 最大 零 零 探究新知——电磁振荡中的能量变化 在电磁振荡中，能量是如何转化的? 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 电场能 磁场能 放电 Q、B、i、E变化周期 T 电场能、磁场能变化周期 探究新知——电磁振荡中的能量变化 电场能 所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。 磁场能 电场能 磁场能 电场能 探究新知——电磁振荡的特点 (1)两个物理过程： ①放电过程:电场能转化为磁场能，q↓→ i↑ ②充电过程:磁场能转化为电场能，q↑ → i↓ ①充电完毕:磁场能向电场能转化完毕,电场能最大,磁场能最小. ②放电完毕:电场能向磁场能转化完毕,磁场能最大,电场能最小. LC回路工作过程具有对称性和周期性,可归结为: (2)两个特殊状态： 探究新知——电磁振荡的特点 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 在电磁振荡变化快慢与哪些因素有关？ 探究新知——典例探究 【例1】(2024·宿迁市高二期末)5G网络正在加速赋能千行百业实现数字化生产。产生5G无线电波的LC振荡电路，某时刻的工作状态如图所示，则该时刻 A.线圈中磁场的方向向上 B.电容器极板间电场正在增强 C.线圈储存的磁场能正在增加 D.线圈中感应电流的方向与图中电流方向相反 探究新知——典例探究 【解析】根据右手螺旋定则可知线圈中磁场的方向向下，故A错误； 电容器上极板带正电，电流为逆时针方向，可知电容器正在充电，则电 荷量增加，根据E==可知电容器极板间电场正在增强，故B正确； 电容器充电，则磁场能在向电场能转化，线圈储存的磁场能正在减少，故C错误； 电容器充电，则电流越来越小，根据楞次定律可知线圈中感应电流的方向与题图中电流方向相同，故D错误。 探究新知——总结提升 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↑)。 探究新知——典例探究 【例1】(2024·宿迁市高二期末)5G网络正在加速赋能千行百业实现数字化生产。产生5G无线电波的LC振荡电路，某时刻的工作状态如图所示，则该时刻 A.线圈中磁场的方向向上 B.电容器极板间电场正在增强 C.线圈储存的磁场能正在增加 D.线圈中感应电流的方向与图中电流方向相反 探究新知——典例探究 【解析】根据右手螺旋定则可知线圈中磁场的方向向下，故A错误； 电容器上极板带正电，电流为逆时针方向，可知电容器正在充电，则电 荷量增加，根据E==可知电容器极板间电场正在增强，故B正确； 电容器充电，则磁场能在向电场能转化，线圈储存的磁场能正在减少，故C错误； 电容器充电，则电流越来越小，根据楞次定律可知线圈中感应电流的方向与题图中电流方向相同，故D错误。 探究新知——典例探究 【例2】(2025·江苏卷)如图所示。将开关S由a拨到b，使电容器C与线圈L构成回路。以电容器C开始放电取作0时刻，能正确反映电路中电流i随时间t变化关系的图像是 探究新知——典例探究 【解析】根据题意可知，将开关由a调到b时，电容器和自感线圈组成回路，此回路为振荡电路，产生周期性变化的振荡电流，电场能转化为磁场能以及磁场能又再次转化为电场能的过程中，电路向外辐射电磁波，电路中的能量在耗散，最大电流越来越小。故选A。 探究新知——总结提升 LC振荡电路电容器充、放电过程的判断方法： (1)根据电流流向判断，当电流流向电容器带正电的极板时，处于充电过程；反之，处于放电过程。 (2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(电势差U、电场强度E)增大时，处于充电过程；反之，处于放电过程。 (3)根据能量判断：电场能增加时，电容器处于充电过程；磁场能增加时，电容器处于放电过程。 03 PART 03 第三部分 电磁振荡的周期和频率 探究新知 30 探究新知——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）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周期和频率叫振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。 思考：电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些?线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些？根据讨论结果，定性分析LC电路的周期（频率）与电容 C、电感L的关系。 探究新知——实验探究 探究新知——电磁振动的周期和频率规律 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。 探究新知——典例探究 【例3】要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是（ ） A.增大电容器两极板的间距 B.升高电容器的充电电压 C.增加线圈的匝数 D.在线圈中插入铁芯 探究新知——典例探究 【解析】LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f=，要想增大频率，应该减小电容C或减小线圈的电感L，再根据C=，增大电容器两极板的间距，电容减小，A正确； 升高电容器的充电电压，电容不变，B错误； 增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系数均增大，故C、D错误。 探究新知——典例探究 【例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 探究新知——典例探究 【解析】LC振荡电路的周期T=2π=2π× s=2π×10-4 s，选项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，选项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方向，故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。 课堂小结 电磁振荡的产生 电磁振荡 LC振荡电路 振荡电路的工作原理 电磁振荡中的能量变化 电场能和磁场能会发生周期性的转化 无阻尼振荡 阻尼振荡 电磁振荡的周期和频率 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $