人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案1：4 1 电磁振荡

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE14.1．电磁振荡学习目标：1.理解振荡电流、振荡电路及LC电路的概念。2.了解LC回路中振荡电流的产生过程。3.了解电磁振荡的周期与频率，会求LC电路的周期与频率。〖课前预习〗一、电磁振荡产生和能量变化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。(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，而是由零逐渐增大，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。(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的作用，电流并不会立刻消失，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，当电流减小到零时，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。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。(2)频率：电磁振荡完成周期性变化的与所用时间之比。(3)周期和频率公式：T＝，f＝。自我检测1．思考判断(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。()(3)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。()(4)提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大。()2．如图为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＝T时，对应的电路是下图中的()ABCD〖合作学习〗考点1：电磁振荡情景助学如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？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？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？1．各物理量变化情况一览表时刻(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：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：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。考点2：电磁振荡的周期和频率1．固有周期和频率：若振荡过程中无能量损失，也不受其他影响，此时的周期和频率叫作固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。2．公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\r(LC))。3．影响电磁振荡的周期和频率的因素由电磁振荡的周期公式T＝2πeq\r(LC)知，要改变电磁振荡的周期和频率，必须改变线圈的自感系数L或电容器的电容C。影响线圈自感系数L的是：线圈的匝数、有无铁芯及线圈的横截面积和长度。匝数越多，自感系数L越大，有铁芯的自感系数比无铁芯的大。影响电容器电容C的是：两极板正对面积S、两极板间介电常数εr以及两极板间距d，由C＝eq\f(εrS,4πkd)(平行板电容器电容)，不难判断εr、S、d变化时，电容C也变化。随堂练习1．有一LC振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短一些的电磁波，可用的措施为()A．增加线圈匝数B．在线圈中插入铁芯C．减小电容器极板正对面积D．减小电容器极板间距离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3．(多选)LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是()A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大4．(多选)如图所示为LC振荡电路中电容器两极板上的电荷量q随时间t变化的图线，由图可知()A．在t1时刻，电路中的磁场能最小B．t1到t2电路中的电流值不断变小C．从t2到t3电容器不断充电D．在t4时刻，电容器的电场能最小5．如图所示，电源电动势为E，电容器的电容为C，线圈的电感为L。将开关S从a拨向b，经过一段时间后电容器放电完毕。求电容器的放电时间和放电电流的平均值是多少？

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖课前预习〗一、1．周期性2．振荡电流3．(1)自感减少最大电场能磁场能。(2)自感作充电增加最大磁场能电场能(3)热量电磁波二、(1)时间。(2)次数(3)2πeq\r(LC)eq\f(1,2π\r(LC))。自我检测1．(1)×(2)√(3)√(4)×2．D〖由图像可知，在T时电流最大，则回路中磁场能最大，电场能最小，说明电容器放电；由图可得，在eq\f(3,4)T～T的时间内，回路中的电流为顺时针方向，即顺时针方向的电流放电，电流从上级板流出，故A、C、D错误，D正确。〗情景助学〖提*示〗：线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化，电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。随堂练习1．C〖由于电磁波传播过程中波速v＝λf恒定，因此欲使波长λ变短，必须使频率f升高，由于频率f＝eq\f(1,2π\r(LC))，增加线圈匝数和在线圈中插入铁芯，将使线圈自感系数L增大而降低频率f；减小电容器极板间距将使电容C增大而降低频率f；减小电容器极板正对面积将由于电容C减小而升高频率f。可见，选项C正确。〗2．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．BCD〖由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，可分两种情况讨论：①若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电状态，电流正在增大，则C正确，A错误；②若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流正在减小，则B正确；由楞次定律可判定D正确。〗4．ACD〖作出i­t图线(图中虚线)，注意到i­t图线按余弦规律变化，电流大，磁场能大；电容器C上带电荷量大，电场能大，不难判断出A、C、D正确。〗5．〖〖解析〗〗电容器放电时间为eq\f(1,4)T，与电源电动势无关，即t＝eq\f(1,4)