《电磁振荡》教案

《电磁振荡》教案教材分析：本节课程是在电磁感应的基础上进一步研究了由自感线圈与电容器形成的LC振荡回路的特点，目的是在引出现代科学中的电磁理论，学生通过对LC振荡电路的学习，知道在电磁振荡过程中回路中的电流变化规律及电量变化规律，要知道在整个振荡周期内，能量的转化过程，为进一步认识电磁波的产生奠定基础。核心素养生成：【物理观念】了解电磁振荡产生的过程。【科学思维】经历用所学过的知识来解决相关现象、解释相关问题,养成乐于科学探索的思维习惯。【科学探究】培养学生实验探求知识的意识，增强求知欲望。【科学态度与责任】通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁振荡在人们生活中的地位。体会物理知识在生活中的重要作用，培养勇于探索的精神。。教学过程：【引入新课】问题：古时候人们使用什么方法进行联络呢？飞鸽传书？或是烽火传军情。如今，天问一号处于绕火星飞行阶段，距离地球超过1亿公里，地面的工作人员又是如何与它联系？我们是如何接收如此遥远的距离外发送的信号的呢？是的，通过电磁波。电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，改变了人们的生活，接下来我们就来学习这一章节电磁振荡和电磁波先一起回顾一下机械波是如何产生的？一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是很快就会消散。如果要形成连续的水波，则需要不断的打击水面。手机通信、电视、广播接手的是电磁波信号，要产生持续的电磁波就需要持续变化的电流，这样的电流如何产生呢？我们一起来观察一个实验探究点一电磁振荡的产生【思考】想一想与交流电有何区别？振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流。振荡电路：能够产生振荡电流的电路。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，称为LC振荡电路。老师引出：LC电磁振荡的产生原理电容器充放电和线圈的自感现象共同作用产生的LC电磁振荡的产生过程LC振荡电路电流的周期性变化电容器极板上电荷量的周期性变化1、LC电磁振荡过程中几个特殊时刻各参数的特征2、LC电磁振荡的特点：LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：(1)、两个物理过程：放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓(2)、两个特殊状态：充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小LC电磁振荡的变化规律：(1)总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量(2)电场能与磁场能交替转化LC电磁振荡过程中各参数的变化规律图像电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷、通过线圈的电流，以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。探究点二、电磁振荡中的能量变化阻尼振荡和无阻尼振荡无阻尼振荡：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。2．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。（1）振荡电路中的能量损耗有一部分转化为内能（产生焦耳热），还有一部向外辐射出去而损失．（2）如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡。探究点三、电磁振荡的周期和频率1．周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率。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）。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。【思考与讨论】LC电路的周期（频率）与哪些因素有关？电容较大时，电容器充电、放电的时间长些还是短些？线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电时间长些还是短些？根据上面的讨论结果，定性地讲，LC电路的周期（频率）与电容C、电感L的大小有什么关系？3.LC回路的周期和频率公式T=f=（1）式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz．（2）适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路物周期和频率符合我们的需要．课堂重点知识小结1.LC振荡电路中的振荡电流按正弦规律变化，电路的状态与相应的物理量对应.2.电磁振荡分阻尼振荡和无阻尼振荡．3.LC振荡电路中电磁振荡的固有周期回路的周期4.固有频率例题：LC振荡电路中电容器极板上电量q随时间t变化的图线如图，由图可知：A、在t1时刻电路中的磁场能最小B、从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课后篇素养形成必备知识基础练1.关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法正确的是()A.振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大B.振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零C.振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化成电场能D.振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能解析振荡电流最大时处于电容器放电结束瞬间,电场强度为零,A错误;振荡电流为零时,振荡电流改变方向,这时的电流变化最快,电流变化率最大,线圈中的自感电动势最大,B错误;振荡电流增大时,电场能转化为磁场能,C错误;振荡电流减小时,线圈中的磁场能转化为电场能,D正确。答案D2.在LC振荡电路中,电容器上带的电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是()A.π4LC BC.πLC D.2πLC解析LC振荡电路的周期T=2πLC,其中电容器上的电荷量从最大值变到零所需的最短时间为t=T4=π2答案B3.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解析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=12πLC,所以,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使电容C减小而升高频率f。可见,答案C4.(多选)在LC振荡电路中,若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加,则()A.电路中的电流正在增大B.电路中的电场能正在增加C.电路中的电流正在减小D.电路中的电场能正在向磁场能转化解析电荷量增加,电容器充电,电场能增加,磁场能减少,电流减小。答案BC5.某LC电路的振荡频率为520kHz,为能使其提高到1040kHz,以下说法正确的是()A.调节可变电容,使电容增大为原来的4倍B.调节可变电容,使电容减小为原来的1C.调节电感线圈,使线圈电感变为原来的4倍D.调节电感线圈,使线圈电感变为原来的1解析由振荡频率公式f=12πLC可知,要使频率提高到原来的2倍,则可以减小电容使之变为原来的14,或减小电感使之变为原来的14,故B正确,A答案B6.如图所示,LC振荡电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最大值时开始计时,当t=3.4×10-2s时,电容器正处于(选填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态。此时电容器的上极板(选填“带正电”“带负电”或“不带电”)。

解析根据题意画出此LC电路的振荡电流随时间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的减小过程,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7.如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况。由图可知,电感线圈中的电流正在(选填“增大”“减小”或“不变”)。如果电流的振荡周期为T=10-4s,电容C=250μF,则线圈的电感L=H。

解析根据磁感线方向,应用安培定则可判断出电流方向,从而可知电容器在充电,电流会越来越小。根据振荡电流的周期公式T=2πLC得L=T24π2C=10答案减小10-6关键能力提升练8.(多选)一个LC振荡电路中,线圈的自感系数为L,电容器的电容为C,从电容器上电压达到最大值Um开始计时,则有()A.至少经过πLC,磁场能达到最大B.至少经过12C.在12πD.在12πLC解析LC振荡电路周期T=2πLC,电容器电压最大时,开始放电,经12πLC时间,放电结束,此时电容器电荷量为零,电路中电流最大,磁场最强,磁场能最大。因为Q=CU,所以电容器放出的电荷量Q=CUm,由I=qt,所以I=CU答案BCD9.(多选)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与线圈L或电源相连,如图所示。当开关从a拨到b时,由L与C构成的电路中产生周期T=2πLC的振荡电流。当罐中的液面上升时()A.电容器的电容减小B.电容器的电容增大C.LC电路的振荡频率减小D.LC电路的振荡频率增大解析当罐中液面上升时,相当于插入的电介质变多,电容器两极板间的介电常数变大,则电容器的电容C增大,根据T=2πLC,可知LC电路的振荡周期T增大,又f=1T,所以振荡频率减小,故选项B、C正确,A、D答案BC10.在如图所示的电路中,L是电阻不计的电感器,C是电容器,闭合开关S,待电路达到稳定状态后,再断开开关S,LC电路中将产生电磁振荡,如果规定电感器L中的电流方向从a到b为正,断开开关的时刻为t=0,那么下列选项图中能正确表示电感器中的电流i随时间t变化规律的是()解析S断开前,ab段短路,电流从b→a,电容器不带电;S断开时,ab中产生自感电动势,阻碍电流减小,给电容器C充电,此时电流负向最大;给电容器充电过程,电容器电荷量最大时,ab中电流减为零;此后,LC回路发生电磁振荡形成交变电流。综上所述,选项C正确。答案C11.(多选)电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的,现发现电子钟每天慢30s,造成这一现象的原因可能是()A.电池用久了B.振荡电路中电容器的电容大了C.振荡电路中线圈的电感大了D.振荡电路中电容器的电容小了解析电子钟变慢,说明LC电路的振荡周期变大,根据公式T=2πLC可知,振荡电路中电容器的电容变大或线圈的电感变大都会导致振荡电路的周期变大。故选B、C。答案BC12.一个智能玩具的声响开关与LC电路中电流有关,如图为该玩具内的LC振荡电路部分,已知线圈自感为L=0.25H,电容器的电容C=4μF,在电容器开始放电时取t=0,这时上极板带正电,下极板带负电,当t=2×10-3s时,求:(1)电容器的上极板带何种电?(2)电路中电流的方向如何?解析(1)LC振荡电路的固有周期T=2πLC=2π0.25×4×10-6s=2π×10-3s,t=2×10-3s是第一个周期内的T4到T2之间,在第一个T4内电容器放电,放电完毕,电容器上电荷为零(2)在0~T4内电容器放电,电流方向为逆时针方向,电流从零逐渐增大到最大值。T4~T2内由于线圈的自感作用,线圈中的电流沿原来的方向继续流动,答案(1)负电(2)逆时针方向13.实验室里有一水平放置的平行板电容器,知道其电容C=1μF。在两极板上带有一定电荷时,发现一带负电的粉尘恰好静止在两极板间。手头上还有一个电感L=0.1mH的电感器,现连成如图所示电路,分析以下问题:(重力加速度为g)(1)从S闭合时开始计时,至少经过多长时间电容器电场方向向上?此时粉尘的加速度大小是多少?(2)从S闭合时开始计时,至少经过