資源簡介

(共40張PPT)
第四章　電磁振蕩與電磁波
1.電磁振蕩
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核心素養(yǎng)：1.知道振蕩電路中電荷、電場、電流、磁場的動態(tài)變化情況及電場能與磁 場能的轉(zhuǎn)化情況. 2.會求LC振蕩電路的周期與頻率. 3.探究電磁振蕩過程中各物理量 的變化規(guī)律. 4.了解現(xiàn)代的實(shí)際電路中使用的振蕩器.
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研習(xí)任務(wù)一　電磁振蕩的產(chǎn)生及能量變化
合作　討論
音叉的振動產(chǎn)生聲音，但是要形成持續(xù)的聲音，則需要不斷地打擊音叉.手機(jī)接 收的是電磁波，要產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，需要持續(xù)變化的電流.怎樣才能產(chǎn)生這樣 的電流呢？
提示：要產(chǎn)生持續(xù)變化的電流，可以通過電感線圈和電容器組成的LC振蕩電路實(shí)現(xiàn).
教材　認(rèn)知
1. 振蕩電流：大小和方向都隨時間做 迅速變化的電流.
2. 振蕩電路：產(chǎn)生 的電路.
3. LC振蕩電路：由 和 組成的電路是最簡單的振蕩電路.
4. 電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電路的電流i、電容器極板上的電荷量q、電容 器里的電場強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，都在 地變化.這種現(xiàn)象就 是電磁振蕩.
5. 阻尼振蕩：振蕩電路中的能量逐漸損耗，振蕩電流的振幅逐漸 ，直到停 止振蕩.阻尼振蕩電流隨時間變化的圖像如圖所示.
周期性　
振蕩電流　
線圈L　
電容器C　
周期性　
減小　
6. 無阻尼振蕩：在電磁振蕩中，如果沒有能量損失，振蕩將永遠(yuǎn)持續(xù)下去，振蕩電 流的 永遠(yuǎn)保持不變.無阻尼振蕩中電流隨時間變化的圖像如圖所示.
振幅　
1. 各物理量隨時間的變化圖像
振蕩過程中電流i、極板上的電荷量q、電場能EE和磁場能EB之間的對應(yīng)關(guān)系.
　 　
圖a 圖b 圖c
　
圖d 圖e
[理解]　
以逆時針方向電流為正
q為上極板的電荷量
2. 相關(guān)量與電路狀態(tài)的對應(yīng)情況
電路狀態(tài) a b c d e
時刻t 0 T
電荷量q 最多 0 最多 0 最多
電場能EE 最大 0 最大 0 最大
電流i 0 正向
最大 0 反向
最大 0
磁場能EB 0 最大 0 最大 0
3. 分類分析
（1）同步關(guān)系
在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電荷量q、電場強(qiáng)度E、 電場能EE是同步變化的，即：q↓→E↓→EE↓（或q↑→E↑→EE↑）.
振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能EB也是同步變化的，即： i↓→B↓→EB↓（或i↑→B↑→EB↑）.
（2）同步異變關(guān)系
在LC振蕩過程中，電容器上的三個物理量q、E、EE與線圈中的三個物理量i、B、EB 是同步異向變化的，即q、E、EE同時減小時，i、B、EB同時增大，且它們的變化是同 步的，即：q、E、EE↑，i、B、EB↓.
研習(xí)　經(jīng)典
A. 若磁場正在減弱，則電容器正在充電，電流由b向a
B. 若磁場正在減弱，則電場能正在增大，電容器上板帶負(fù)電
C. 若磁場正在增強(qiáng)，則電場能正在減少，電容器上板帶正電
D. 若磁場正在增強(qiáng)，則電容器正在放電，電流方向由a向b
ABC
解析：若磁場正在減弱，則電流在減小，是充電過程，根據(jù)安培定則可確定電流由b 向a，電場能增大，上極板帶負(fù)電，故A、B正確；若磁場正在增強(qiáng)，則電流在增大， 是放電過程，電場能正在減少，根據(jù)安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電， 故C正確，D錯誤.
名師點(diǎn)評
　　1. 判斷電容器是充電還是放電，一般依據(jù)電流的方向，電流由正極板流出為放 電，向正極板流入為充電.
2. 判斷電場能和磁場能的轉(zhuǎn)化要依據(jù)電流的增減或極板上電荷量的增減.
對應(yīng)　訓(xùn)練
A. 若甲電路中電流i正在增大，則該電路中電容器兩端的電壓必定在增大
B. 若乙電路中電流i正在增大，則該電路中電容器的電場方向必定向下
C. 若丙電路中電流i正在減小，則該電路中線圈周圍的磁場必定在增強(qiáng)
D. 若丁電路中電流i正在減小，則該電路中電容器的電場方向必定向上
BD
解析：如果i正在增大，說明電容器放電，電壓減小，對于題圖乙，是從上極板流向 下極板，則說明上極板帶正電，進(jìn)而可判斷電場方向必向下，故A錯誤，B正確；若i 在減小，則線圈周圍的磁場一定在減弱，則說明是充電過程，在題圖丁中，電流指向 下極板，故下極板必充上正電，上板帶負(fù)電，電容器中電場強(qiáng)度方向向上，故C錯 誤，D正確.
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研習(xí)任務(wù)二　電磁振蕩的周期和頻率
合作　討論
如圖所示的電路.
（1）如果僅更換電感L更大的線圈，將開關(guān)S擲向1，E先給電容器充電，再將開關(guān)擲 向2，電容器通過線圈放電，線圈因自感現(xiàn)象產(chǎn)生的自感電動勢是否更大？“阻礙” 作用是否也更大？由于延緩了振蕩電流的變化，振蕩周期T會怎樣變化？
提示：（1）自感電動勢更大，“阻礙”作用更大，電流變化更 慢，周期變長.
（2）如果僅更換電容C更大的電容器，將開關(guān)S擲向1，先給電容器充電，電容器的 帶電荷量是否增大？再將開關(guān)擲向2，電容器通過線圈放電，放電時間是否相應(yīng)地變 長？振蕩周期T是否變長？
提示：（2）帶電荷量增大，放電時間變長，周期變長.
教材　認(rèn)知
1. 周期和頻率：電磁振蕩完成一次 需要的時間叫作周期；1 s內(nèi)完成 周期性變化的 叫作頻率.
2. 固有周期和固有頻率：振蕩電路里發(fā)生 振蕩時的周期和頻率叫作振蕩 電路的固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率.
周期性變化　
次數(shù)　
無阻尼　
F
研習(xí)　經(jīng)典
A. 振蕩周期T＝2 s，頻率為0.5 Hz
B. 經(jīng)過時間t＝0.5 s，電路中電流最小
C. 經(jīng)過時間t＝1 s，磁場能達(dá)到最大
D. 放電過程中，電荷量有所損耗，振蕩周期變小
A
名師點(diǎn)評
　　解決此類問題一定要熟悉振蕩電路的變化過程，要知道怎么才算是一個變化周 期，必要的時候結(jié)合變化圖像來解決.
對應(yīng)　訓(xùn)練
A. 把電容增大到原來的4倍
B. 把電容增大到原來的2倍
D
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課堂強(qiáng)研習(xí) 合作學(xué)習(xí) 精研重難
課時作業(yè)（十三）
[基礎(chǔ)訓(xùn)練]
A. 電容器內(nèi)電場變化的頻率為f
B. 電容器內(nèi)電場變化的頻率為2f
C. 電場能和磁場能轉(zhuǎn)化的頻率為f
D. 電場能和磁場能轉(zhuǎn)化的頻率為2f
解析：電場能和磁場能是標(biāo)量，只有大小在做周期性變化，所以電場能和磁場能轉(zhuǎn)化 的周期是電磁振蕩周期的一半，轉(zhuǎn)化的頻率為電磁振蕩頻率的兩倍；電容器內(nèi)電場變 化的頻率等于電磁振蕩的頻率.故選AD.
AD
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A. 調(diào)節(jié)可變電容，使電容增大為原來的4倍
C. 調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈匝數(shù)增加到原來的4倍
B
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A. t1時刻，電容器的帶電量最大
B. t2時刻，電路中的磁場能量最小
C. 從t2時刻到t3時刻電路中的電場能不斷增大
D. 從t3時刻到t4時刻，電容器的帶電量不斷增大
解析：t1時刻，電路中電流最大，電容器的帶電量最小，所以A錯誤；t2時刻，電路中 電流最小，電容器帶電量最大，磁場能量最小，所以B正確；從t2時刻到t3時刻，電路 中電流變大，電場能在不斷減小，所以C錯誤；從t3時刻到t4時刻，電路中電流逐漸減 小，電容器的帶電量不斷增大，所以D正確.
BD
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A. 振蕩電流達(dá)到最大值時，電容器上的電荷量為零
B. 振蕩電流達(dá)到最大值時，磁場能最大
C. 振蕩電流為零時，電場能為零
D. 振蕩電流相鄰兩次為零的時間間隔等于振蕩周期的一半
ABD
解析：由LC電路電磁振蕩的規(guī)律知，振蕩電流最大時，即是電容器放電剛結(jié)束時，電容器上電荷量為零，A正確；回路中電流最大時螺線管中磁場最強(qiáng)，磁場能最大，B正確；振蕩電流為零時充電結(jié)束，極板上電荷量最大，電場能最大，C錯誤；由圖可知電流相鄰兩次為零的時間間隔恰好等于半個周期，D正確.
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A. L中的電流方向不變
B. 燈泡D要過一會兒才熄滅
C. LC振蕩電路將產(chǎn)生電磁振蕩，剛斷開瞬間，磁場能最大
D. 電容器將放電，電場能將轉(zhuǎn)化為磁場能
解析：開關(guān)S斷開后，LC振蕩電路開始振蕩.由于起振時線圈中有電流，故屬于電感 起振，電容器開始充電，此時磁場能最大，電場能最小，磁場能將轉(zhuǎn)化為電場能，故 C正確，D錯誤；線圈中的自感電動勢阻礙電流的變化，所以L中的電流方向不變，故 A正確；斷開S后，沒有電流流過燈泡，燈泡立即熄滅，故B錯誤.
AC
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A. 此時電路中電容器正處于充電狀態(tài)
B. 此時電路中電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化
C. 每個周期內(nèi)，電容器完成一次充放電過程
D. 電感線圈自感系數(shù)增大，則充電和放電過程會變慢
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A. 在t1時刻，電路中的電流最大
B. 在t2時刻，電路中的電流最大
C. 在t3時刻，電感線圈兩端電壓最大
D. t3～t4時間內(nèi)，電路中的電流不斷增大
A
解析：在t1時刻，極板上的電荷量為零，此時電容器放電完畢，電路中的電流最大， 故A正確；在t2時刻，極板上的電荷量最大，電路中的電流為零，故B錯誤；在t3時 刻，極板上的電荷量為零，此時電路中電流最大，電流的變化率為零，電感線圈兩端 電壓為零，故C錯誤；t3～t4時間內(nèi)，極板上的電荷量不斷增大，電路中的電流不斷減 小，故D錯誤.故選A.
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[能力提升]
A. 單擺勢能最大時，LC振蕩電路中的電場能最大，磁場能為零
B. 單擺速度逐漸增大時，LC振蕩電路中的電場能逐漸減小，磁場能逐漸增大
C. 單擺動能最大時，LC振蕩電路的電容器剛放完電，電場能為零，電路中電流為零
D. 單擺速度逐漸減小時，LC振蕩電路的電容器處于充電過程，電路中電流逐漸增大
AB
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解析：電場能為零時，磁場能達(dá)到最大，電路中電流最大，判斷C錯誤；又因?yàn)殡娙?器處于充電過程，電路中電流逐漸減小，故D錯誤；對于A、B，首先要明確電路中的 電流與單擺的速度相對應(yīng)，則一個周期內(nèi)的變化情況如表：
相關(guān)物理量 時刻
t＝0（開始放電） t＝T
電流i、磁場能 零 最大 零 最大 零
電場能（E，q，U） 最大 零 最大 零 最大
速度v、動能 零 最大 零 最大 零
勢能 最大 零 最大 零 最大
由表可知，第一組同步變化的是電流、磁場能和速度、動能；第二組同步變化的是電 場能和單擺的勢能，故A、B正確.
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甲 乙
　
A B
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答案：（1）正電荷　
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（2）當(dāng)t＝π×10－3 s時，LC回路中的電流大小.
答案：（2）0.5 A
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12. 實(shí)驗(yàn)室里有一水平放置的平行板電容器，知道其電容C＝1 μF，在兩極板上帶有 一定電荷時，發(fā)現(xiàn)一帶負(fù)電的粉塵恰好靜止在兩極板間.手頭上還有一個電感L＝0.1 mH的電感器，現(xiàn)連成如圖所示電路，分析以下問題：（重力加速度為g）
（1）從S閉合時開始計(jì)時，至少經(jīng)過多長時間電容器電場大小與開始計(jì)時相等而方向 向上？此時粉塵的加速度大小是多少？
答案：（1）π×10－5 s　2g　
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（2）從S閉合時開始計(jì)時，至少經(jīng)過多長時間線圈中電流最大？此時粉塵的加速度大 小是多少？
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