資源簡介

(共33張PPT)
4.1 電磁振蕩
一、電能的輸送
輸送電能的基本要求 可靠、保質、經濟
二、降低輸電損耗的兩個途徑
1)減小輸電線電阻R
2)減小輸電電流I
三、遠距離輸電原理圖
什么叫機械振動，它有哪些重要的特點？
水波是由機械振動形成的。一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是要形成持續的水波，則需要不斷地擊打水面。電視、廣播接收的是電磁波，要產生持續的電磁波，需要持續變化的電流。怎樣才能產生這樣的電流呢？
問題：
觀察振蕩電路中電壓的波形
觀察
把線圈、電容器、電源和單刀雙擲開關按照圖甲連成電路。把電壓傳感器（或示波器）的兩端連在電容器的兩個極板上。先把開關置于電源一側，為電容器充電；稍后再把開關置于線圈一側，使電容器通過線圈放電。觀察電腦顯示器（或示波器）顯示的電壓的波形。
一、電磁振蕩的產生　
振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫作振蕩電流。
振蕩電路：能夠產生振蕩電流的電路。
想一想與交流電有何區別？
LC振蕩電路：當開關置于線圈一側時，由電感線圈L和電容C組成的電路，就是最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。
漢武帝
電容器充電結束，兩極板電荷量最大。
電容器開始放電，回路中電流從0開始逐漸增大。兩極板電荷量減少。
自感線圈給電容器反向充電結束，回路中電流為0，兩極板電荷量最大。
電容器開始放電，回路中電流開始逐漸增大，兩極板電荷量減少。
自感線圈再次給電容器反向充電結束，回路中電流為0，兩極板電荷量最大。
LC電磁振蕩的產生過程
漢武帝
LC振蕩電路電流的周期性變化
電容器極板上電荷量的周期性變化
漢武帝
1、LC電磁振蕩過程中幾個特殊時刻各參數的特征
漢武帝
LC回路工作過程具有對稱性和周期性，可歸結為：
(1)、兩個物理過程：
放電過程：電場能轉化為磁場能，q↓→ i↑
充電過程：磁場能轉化為電場能，q↑ → i↓
(2)、兩個特殊狀態：
充電完畢狀態：磁場能向電場能轉化完畢，電場能最大，磁場能最小
放電完畢狀態：電場能向磁場能轉化完畢，磁場能最大，電場能最小
2、LC電磁振蕩的特點：
漢武帝
3、LC電磁振蕩的變化規律：
(1)總能量守恒＝電場能＋磁場能＝恒量
(2)電場能與磁場能交替轉化
電場能
磁場能
充電
磁感強度B
電容器帶電量ｑ
電路中電流ｉ
同步變化
同步變化
步調相反
兩極間場強E
漢武帝
i
t
o
t
B
o
t
磁場能
o
q
t
o
E
t
o
4、LC電磁振蕩過程中各參數的變化規律圖像
電場能
t
o
漢武帝
在振蕩電路產生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷、通過線圈的電流，以及跟電荷和電流相聯系的電場和磁場都發生周期性的變化，這種現象叫電磁振蕩。
電磁振蕩
典例精析
要使LC振蕩電路的頻率增大，可采用的方法是（　　）
A．減小電容器兩極板上所帶電荷量
B．增大電容器兩極板間的距離
C．增大電容器兩極板間的正對面積
D．減小電容器兩極板間的距離
解析：要使LC振蕩電路的頻率增大，根據公式T=2π√LC ，可減小線圈的自感系數L或減小電容器的電容C；
A、減小電容器兩極板上所帶電荷量，不會改變電容大小，故A錯誤；
B、增大電容器兩極板間的距離可以減小電容，故B正確；
C、增大電容器兩極板的正對面積可以增加電容，故C錯誤；
D、減小電容器兩極板間的距離，則增大電容，故D錯誤；
故選：B。
變式訓練
利用所學物理知識，可以初步了解常用的公交一卡通（IC卡）的工作原理及相關問題。IC卡內部有一個由電感線圈L和電容C構成的LC振蕩電路。公交車上的讀卡機（刷卡時“嘀”的響一聲的機器）向外發射某一特定頻率的電磁波。刷卡時，IC卡內的線圈L中產生感應電流，給電容C充電，達到一定的電壓后，驅動卡內芯片進行數據處理和傳輸。下列說法正確的是（　　）
A．IC卡工作所需要的能量來源于卡內的電池
B．僅當讀卡機發射該特定頻率的電磁波時，IC卡才能有效工作
C．若讀卡機發射的電磁波偏離該特定頻率，則線圈L中不會產生感應電流
D．IC卡只能接收讀卡機發射的電磁波，而不能向讀卡機傳輸自身的數據信息
解析：A、由題意可知，該能量來自于電磁感應，即人刷卡的機械能轉化為電能；故A錯誤；
B、為了使IC卡中的感應電流達最大，應使LC電路產生電諧振，故只有發射特定頻率的電磁波時，IC卡才能有效工作；故B正確；
C、若電磁波的頻率偏離該頻率，L中仍可出現感應電流，但不會達到電諧振；故C錯誤；
D、IC卡接收到讀卡機發射的電磁波，同時將自身數據信息發送給讀卡機進行處理；故D錯誤。
故選：B。
LC回路工作過程具有對稱性和周期性，可歸結為：
(1)、兩個物理過程：放電過程：電場能轉化為磁場能，q↓→ i↑
充電過程：磁場能轉化為電場能，q↑ → i↓
(2)、兩個特殊狀態：
充電完畢狀態：磁場能向電場能轉化完畢，電場能最大，磁場能最小
放電完畢狀態：電場能向磁場能轉化完畢，磁場能最大，電場能最小
技法點撥：
二、電磁振蕩中的能量變化　
阻尼振蕩和無阻尼振蕩
1．無阻尼振蕩：在電磁振蕩中，如果沒有能量損失，振蕩電流的振幅保持不變，這種振蕩叫做無阻尼振蕩，也叫做等幅振蕩。
　 2．阻尼振蕩：任何電磁振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流的振幅逐漸減小，這種振蕩叫做阻尼振蕩，或叫做減幅振蕩。
（1）振蕩電路中的能量損耗有一部分轉化為內能（產生焦耳熱），還有一部向外輻射出去而損失。
（2）如果用振蕩器不斷地將電源的能量補充到振蕩電路中去，就可以保持等幅振蕩。
典例精析
如圖所示為某時刻LC振蕩電路所處的狀態，則該時刻（　　）
A．振蕩電流i在增大
B．電容器正在放電
C．磁場能正在向電場能轉化
D．極板間的場強在減小
解析：通過圖示電流方向，知電容器在充電，振蕩電流減小，電容器上的電荷量正在增大，兩極板間的場強在增大，磁場能正在向電場能轉化。故C正確，A、B、D錯誤。
故選：C。
變式訓練
在LC振蕩電路中，下列說法正確的是（　　）
A．電感線圈中的電流最大時，電容器中電場能最大
B．電容器兩極板間電壓最大時，線圈中磁場能最大
C．在一個周期內，電容器充電一次，放電一次
D．在一個周期時間內，電路中的電流方向改變兩次
解析：A、放電完畢時，回路中電流最大，磁場能最大，電場能最小，故A錯誤；
B、電容器兩極板間電壓最大時，電場能最大，線圈中磁場能最小，故B錯誤；
C、在一個周期內，電容器充電兩次，放電兩次，故C錯誤；
D、在一個周期時間內，電路中的電流方向改變兩次，故D正確。
故選：D。
三、電磁振蕩的周期和頻率　
1．周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間叫做周期，一秒鐘內完成周期變化的次數叫做頻率。
LC回路的周期和頻率：由回路本身的特性決定．這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡稱振蕩電路的周期（或頻率）。
2．在一個周期內，振蕩電流的方向改變兩次；電場能（或磁場能）完成兩次周期性變化。
隨堂思考與討論
LC電路的周期（頻率）與哪些因素有關？
電容較大時，電容器充電、放電的時間長些還是短些？線圈的自感系數較大時，電容器充電、放電時間長些還是短些？
根據上面的討論結果，定性地講，LC電路的周期（頻率）與電容C、電感L的大小有什么關系？
3、LC回路的周期和頻率公式
（1）式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz．
（2）適當地選擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要．
T = f =
典例精析
如圖所示為理想LC振蕩回路，某時刻電容器極板間的場強方向和線圈中的磁場方向如圖，下列哪些說法是正確的（　　）
A．此時電容器正在放電
B．此時線圈中的磁場能在增加
C．若在線圈中插入鐵芯，振蕩電流的頻率增大
D．若增大電容器極板間距，振蕩電流的頻率增大

變式訓練
要使LC振蕩電路的周期增大一倍，可采用的辦法是（　　）
A．自感L和電容C都增大一倍
B．自感L和電容C都減少一半
C．自感L增大一倍且電容C減少一半
D．自感L減少一半且電容C增大一倍
解析：LC振蕩電路的周期公式為T=2π√LC。
A、自感L和電容C都增大一倍，則T增大一倍，故A正確。
B、自感L和電容C都減少一半，則T變為原來的一半，故B錯誤。
CD、自感L增大一倍且電容C減少一半，自感L減少一半且電容C增大一倍，則T不變，故CD錯誤。
故選：A。
LC回路的周期和頻率公式
技法點撥：
LC振蕩電路中的振蕩電流按正弦規律變化，電路的狀態與相應的物理量對應.
電磁振蕩分阻尼振蕩和無阻尼振蕩．
LC振蕩電路中電磁振蕩的固有周期回路的周期
　固有頻率
再見

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