新教材2023年高中物理第4章电磁振荡与电磁波1.电磁振荡教师用书新人教版选择性必修第二册

1．电磁振荡1．理解振荡电流、振荡电路及LC电路的概念。2．了解电磁振荡的周期与频率。3．经历LC回路中振荡电流的产生过程，体会定性分析推理的方法。4．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。知识点一电磁振荡的产生和能量变化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：能产生振荡电流的电路。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。(1)放电过程：电容器开始放电后由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少。放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到最大。该过程电容器储存的电场能转化为线圈的磁场能。(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，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。电容器开始反向充电，电容器两极板上带上与原来相反的电荷，极板上的电荷逐渐增加，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大。该过程线圈中的磁场能又转化为电容器的电场能。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内能产生，另外还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。在一个周期内，充电、放电各两次，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。1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小。 ()(2)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大。 ()[答案](1)×(2)√知识点二电磁振荡的周期与频率1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。2．频率：电磁振荡单位时间内完成周期性变化的次数。振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率分别叫作固有周期、固有频率。3．周期和频率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\r(LC))。LC电路的周期和频率只取决于电感线圈的自感系数L和电容器的电容C，与电容器所带电荷量、极板间电压及回路中的电流无关。2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍。 ()(2)提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大。 ()[答案](1)√(2)×音叉的振动产生声音，但是要形成持续的声音，则需要不断地打击音叉。手机接收的是电磁波，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？本节课我们将学习电磁振荡的相关知识。考点1电磁振荡1．电磁振荡过程各物理量变化情况规律时刻(时间)工作过程qEiB能量0→eq\f(T,4)放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁eq\f(T,4)→eq\f(T,2)充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电eq\f(T,2)→eq\f(3T,4)放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁eq\f(3T,4)→T充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电2．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示)3．分类分析(1)同步关系在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量，如电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。振荡线圈上的物理量，如振荡电流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)同步异变关系在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的。【典例1】(多选)如图所示，从将开关S由b扳到a开始计时，在电流振荡了半个周期时，电路中()A．电容器C里的电场强度最强，电场强度方向向上B．线圈L周围磁场最强C．线圈中的磁感应强度为零D．电流最大AC[从将开关S由b扳到a开始计时，在电流振荡了半个周期时，电容器处于反向充电完毕的时刻，此时电容器C里的电场强度最强，电场强度方向向上，故A正确；电容器充电完毕，电流为零，线圈L中的磁感应强度为零，周围磁场最弱，故B、D错误，C正确。]LC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断，当电流流向带正电的极板时，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：当电容器所带电荷量q(U、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，充电；磁场能增加时，放电。eq\o([跟进训练])1．(多选)如图所示，在LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则()A．B板带正电B．A、B两板间的电压在减小C．电容器C正在充电D．电场能正在转化为磁场能ABD[电流i正在增大，磁场能增大，电容器在放电，电场能减小，电场能转化为磁场能，选项C错误，D正确；由题图中i方向可知B板带正电，选项A正确；由于电容器放电，电荷量减少，两板间的电压在减小，选项B正确。]考点2电磁振荡的周期和频率1．LC振荡电路的周期T＝2πeq\r(LC)，频率f＝eq\f(1,2π\r(LC))，决定周期和频率的是电路本身的电容C和自感系数L，与其他因素无关。2．LC振荡电路一个周期内充电、放电各两次，对应的i、B、E的大小、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。【典例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[要使LC振荡电路的频率增大，根据公式f＝eq\f(1,2π\r(LC))，可减小线圈的自感系数L或减小电容器的电容C；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，故选项A正确；增大电容器的充电电荷量，电容不变，故选项B错误；减少自感线圈的匝数，自感系数L减小，故选项C正确；抽出自感线圈中的铁芯，自感系数L减小，故选项D正确。]eq\o([跟进训练])2．(多选)(2022·沈阳高二检测)已知LC振荡电路中电容器的电容为C，线圈的电感为L，则正在振荡的电路中()A．电容器放电的时间取决于充电电压的大小B．电容器放电的时间取决于L和C的数值C．电场和磁场相互转化的周期为2πeq\r(LC)D．电场能和磁场能相互转化的周期为2πeq\r(LC)BC[电容器放电时间等于eq\f(T,4)，根据LC振荡电路的周期公式可得：T＝2πeq\r(LC)，可知放电时间仅与L和C有关，与充电电压无关，故A错误，B正确；电场和磁场都有方向，所以其周期均为T＝2πeq\r(LC)，故C正确；电场能和磁场能是标量，只有大小没有方向，所以它们的转化周期T′＝eq\f(T,2)＝πeq\r(LC)，故D错误。]1．在LC振荡电路中，当电容器充电完毕尚未开始放电时，下列说法正确的是()A．电容器中的电场最强B．电路里的磁场最强C．电场能已有一部分转化成磁场能D．磁场能已有一部分转化成电场能A[LC振荡电路电容器充电完毕，电容器中电场最强，磁场最弱，电场能和磁场能之间还没有发生转化，故A正确。]2．如图所示，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板A带正电荷，则该瞬间()A．电流i正在增大，线圈L中的磁场能也正在增大B．电容器两极板间的电压正在增大C．电容器所带电荷量正在减小D．线圈中电流产生的磁感应强度正在增强B[根据电流方向可知电容器正处于充电状态，电容器充电过程中，回路中电流减小，磁场能减小，电场能增大，电容器所带电荷量正在增大，电压正在增大，线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减弱，故只有B正确。]3．如图所示，LC振荡回路中振荡电流的周期为2×10－2s，自振荡电流沿逆时针方向达到最大值时开始计时，当t＝3.4×10－2s时，电容器正处于________(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态。这时电容器的上极板________(填“带正电”“带负电”或“不带电”)。解析：根据题意画出此LC回路的振荡电流的变化图像如图所示。结合图像，t＝3.4×10－2s时刻设为图像中的P点，则该时刻正处于反向电流减小过程，所以电容器正处于反向充电状态，上极板带正电。答案：充电带正电4．(新题型新素养)如图所示，为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器可通过开关S与电源或线圈L相连。当S从a拨到b之后，由L与C构成的电路中产生振荡电流，则()A．若罐中的液面下降，振荡电流的频率变小B．若罐中的液面上升，振荡电流的周期变小C．当S从a拨到b之后的半个周期内，L的自感电动势先变小后变大D．当S从a拨到b之后的半个周期内，线圈里的磁感应强度先变小后变大C[两块平行金属板构成的电容器C的中间的液体就是一种电介质，当液体的液面下降时，相当于插入的电介质越小，电容越小，根据T＝2πeq\r(LC)可知，电容C减小，振荡电路的周期T减小，LC回路的振荡频率f增大，同理可得，若罐中的液面上升，振荡电流的周期变大，故A、B错误；当S从a拨到b之后的半个周期内，回路中的电流先增大(增大得越来越慢)后减小(减小得越来越快)，则L的