电磁波的发现电磁振荡学案15

第 2 节电磁振荡 1．知道什么是 LC 振荡电路和振荡电流。 2．知道 LC 振荡电路中电磁振荡的产生过程，知道电磁振荡过程中能量转 化情况。 3．知道电磁振荡的周期和频率，知道 LC 电路的周期和频率与哪些因素有 关，并会进行相关的计算。 一、电磁振荡的产生 1．振荡电流和振荡电路 01 方向都做周期性迅速变化的电流。(1)振荡电流：大小和□ 02 振荡电流的电路。最简单的振荡电路为 LC 振荡电路。(2)振荡电路：产生□ 2．电磁振荡的过程 放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的 03 逐渐减少，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐电荷□ 04 磁场能，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全渐转化为□ 部转化为磁场能。 05 原来的充电过程：电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持□ 06 反向充电，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的方向逐渐减小，电容器将进行□ 电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流 减小为零，磁场能全部转化为电场能。 此后，这样充电和放电的过程反复进行下去。 3．电磁振荡的实质 在电磁振荡过程中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，与振荡电流相 07 周期性变化， 08 转联系的电场和磁场都在□电场能和磁场能也随着做周期性的□ 化。 二、电磁振荡的周期和频率 01 周期性变化需要的时间。1．电磁振荡的周期 T：电磁振荡完成一次□ 02 次数。2．电磁振荡的频率 f：1 s 内完成周期性变化的□ 3．LC 电路的周期(频率)公式 03 周期、频率公式：T＝2π LC，f＝□，其中：周期 T、频率 f、自感 2π LC 1 系数 L、电容 C 的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。 判一判 (1)电磁振荡的周期和频率是由电容器和线圈(电感)共同决定的。() (2)通过减小电容器的电容可以使电磁振荡的频率减小。() 提示：(1)√(2)× 想一想 (1)振荡电流实际上就是交流电，对吗？ 提示：对。振荡电流实际上就是交流电，由于频率很高，习惯上称之为振荡 电流。 (2)如何理解电磁振荡中的“电”和“磁”？ 提示： 电磁振荡中的“电”不仅指电容器两极板上的电荷，也指该电荷产生 的电场(电场强度、电势差、电场能)；“磁”不仅指线圈中的电流，也指该电流 产生的磁场(磁场能、磁感应强度)。电磁振荡是指这些电荷、电场、电流、磁场 都随时间做周期性变化的现象。 课堂任务电磁振荡的产生 1．振荡电流和振荡电路 (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：产生振荡电流的电路。基本的振荡电路为 LC 振荡电路。 2．电磁振荡过程中各物理量的变化 设 q 为电容器上极板的电荷量，电流以顺时针方向为正，则 i-t、q-t 图象： 时刻 t＝0 T 0～4 T 4 TT 4～2 工作过程 放电瞬间 q qm E Em Em→0 0 0→Em i 0 0→im im im→0 B 0 0→Bm Bm Bm→0 能量 E 电最大 E 磁最小 E 电→E磁 E 电最小 E 磁最大 E 磁→E电 放电过程qm→0 放电结束0 充电过程0→qm T 2 T3T 2～4 3T 4 3T 4 ～T T 充电结束qmEm Em→0 0 0→Em Em 0 0→im im im→0 0 0 0→Bm Bm Bm→0 0 E 电最大 E 磁最小 E 电→E磁 E 电最小 E 磁最大 E 磁→E电 E 电最大 E 磁最小 放电过程qm→0 放电结束0 充电过程0→qm 充电结束qm 其中 qm、Em、im、Bm分别表示电荷量、电场强度、电流和磁感应强度的最 大值，E 电、E磁分别表示电场能、磁场能。 3．LC 回路中各量间的变化规律及对应关系 (1)同步变化关系 在 LC 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)异步变化关系 在 LC 回路产生电磁振荡的过程中，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是异步变化的，即 q、E、EE减小时，i、B、EB增大， 也即： 异步变化 q、E、EE↑ ― ― → i、B、EB↓。 (3)物理量的等式关系 ΔqΔi 线圈上的振荡电流 i＝ Δt ，自感电动势 e＝L·Δt。 (4)极值、图象的对应关系 如图所示，i＝0 时，q 最大，E 最大，EE最大，e(e 为自感电动势)最大。 q＝0 时，i 最大，B 最大，EB最大，e＝0。 (5)自感电动势 e 与 i-t 图象的关系 ΔiΔiΔi 由 e＝L·知，e∝，而t 图象上某点处曲线切线的斜率 k 的绝对值。 ΔtΔtΔt是 i- 所以，利用图象可分析自感电动势随时间的变化和极值。 例 1(多选)LC 振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则() A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由 b 向 a B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电 C．若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电 D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由 a 向 b (1)振荡电流的方向与磁场的方向由什么确定？ 提示：由安培定则确定。 (2)磁场正在减弱，LC 回路正在充电还是放电？ 提示：磁场正在减弱，说明振荡电流在减小，是充电过程。 [规范解答]若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则 可确定电流由 b 向 a，电场能增大，上极板带负电，A、B 正确；若磁场正在增 强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流 由 b 向 a，上极板带正电，C 正确，D 错误。 [完美答案]ABC 判断 LC 回路处于放电过程还是充电过程的方法 电流流向带正电的极板，电荷量增加，磁场能向电场能转化，电场能增加， 电流减小，磁场能减少，处于充电过程；电流流出带正电的极板，电荷量减少， 电场能向磁场能转化，电场能减少，电流增大，磁场能增加，处于放电过程。 [变式训练1](多选)如图甲为 LC 振荡电路，其中图乙描绘的是流过电路中 M 点的电流随时间变化规律的图线， 假设回路中电流顺时针方向为正。 则下列说 法正确的是() A．在第 1 s 末到第 2 s 末的过程中电容器正在向外电路放电 B．在第 1 s 末到第 2 s 末的过程中电容器的下极板带负电 C．在第 2 s 末到第 3 s 末的过程中 M 点的电势比 N 点的电势低 D．在第 2 s 末到第 3 s 末的过程中电路中电场能正在逐渐减小 答案CD 解析在第 1 s 末到第 2 s 末的过程中，振荡电流是充电电流，充电电流是 由上极板流向下极板，则下极板带正电，A、B 错误；在第2 s 末到第 3 s 末的过 程中，振荡电流是放电电流，电场能正在减小，磁场能正在增大，放电电流是由 下极板流向上极板，由于电流为负值，所以由 N