第二节电磁振荡.

成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·选修3-4第十四章电磁波第二节电磁振荡课堂情景切入知识自主梳理重点难点突破课后强化作业考点题型设计学习目标定位※知道电磁振荡的概念和振荡电路※了解LC振荡电路中电磁振荡的产生过程※了解振荡过程中各物理量的变化※了解电磁振荡的周期和频率，会求LC电路的周期和频率课堂情景切入手机、电视、收音机的信号都要依靠电磁波传送，电磁波是利用电磁振荡而产生的。(产生振荡电流的电路如图所示)什么是电磁振荡？它具有怎样的规律？知识自主梳理知识点1电磁振荡的产生1.振荡电流：大小和方向都做迅速变化的电流，叫做振荡电流。2．振荡电路：能产生振荡电流的电路叫做。周期性振荡电路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，由0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷。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。自感减少最大电场能磁场能(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。自感反向充电增加最大磁场能电场能(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。电热电磁波知识点2电磁振荡的周期和频率1.周期：电磁振荡完成一次需要的时间叫做周期。2．频率：单位时间内完成的变化的次数叫做频率。如果振荡电路没有能量损失，也不受外界影响，这时的周期和频率分别叫做周期和频率。3．周期和频率公式：T＝，f＝12πLC。周期性变化周期性固有固有2πLC重点难点突破一、电磁振荡的产生过程1．在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷量、通过线圈的电流以及跟电流和电荷量相联系的磁场和电场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。振荡过程中的充放电过程如下图所示。特别提醒：因i＝ΔqΔt，所以q－t图象中，图线的斜率反映了线圈中电流i的变化规律，当q－t图线为余弦曲线时，i－t图线为正弦曲线；同理i－t图线的斜率可反映线圈中的自感电动势E自的变化规律E自＝LΔiΔt)，即自感电动势E自的变化规律与q－t图象相对应。2．阻尼振荡和无阻尼振荡(1)无阻尼振荡：没有能量损耗的电磁振荡。无阻尼振荡必是等幅振荡，如图甲所示。(2)阻尼振荡：有能量损耗的振荡。若能量得不到补充，振幅会逐渐减小，如图乙所示。在LC振荡电路中，电压u与i之间的关系及变化是否遵循欧姆定律？为什么？答案：不遵循欧姆定律，因为LC振荡电路是非纯电阻电路，分析振荡过程可知，当电容器两极电压最大时，回路中的电流反而是零。二、电磁振荡的周期和频率1．LC振荡电路的周期T＝2πLC和频率f＝12πLC只与自感系统L和电容C有关，与其他因素无关。2．电容C与正对面积S，板间距离d及介电常数ε有关即根据C＝εS4πkd判断；电感L与线圈的匝数、粗细、有无铁芯、长度等因素有关。3．LC回路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC回路的振荡周期T＝2πLC，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T＝2πLC，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们是标量没有方向，所以变化周期T′是振荡周期T的一半，即T′＝T2＝πLC。特别提醒：①LC回路的周期、频率都由电路本身的特性L和C的值决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC电路的固有周期或固有频率。②使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、f的单位分别是秒s、亨H、法F、赫Hz。(2011·扬州高二检测)在LC振荡电路中，电容器放电时间取决于()A．充电电压的大小B．电容器储电量的多少C．自感L和电容C的数值D．回路中电流的大小答案：C解析：放电时间等于四分之一个振荡周期，即t＝T4＝π2LC，所以放电时间取决于自感L和电容C。故选项C正确。考点题型设计题型1对LC电路振荡过程的理解LC回路电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示，则()A．在时刻t1，电路中的电流最大B．在时刻t2，电路中的磁场能最大C．从时刻t2至t3，电路的电场能不断增大D．从时刻t3至t4，电容器的带电量不断增大解析：本题考查对LC振荡电路中各物理量振荡规律的理解。由前所述可知，t1时刻电容两端电压最高时，电路中振荡电流为零，t2时刻电容两端电压为零，电路中振荡电流最强、磁场能最大，选项A错误，B正确；在t2至t3的过程中，从图可知，电容器两板电压增大，必有电场能增加，选项C正确；而在t3至t4的过程中，电容器两板电压减小，带电量同时减少，选项D错误。答案：BC点评：电流跟磁场对应，电量跟电场对应，而电压跟电量变化趋向一致，故据图示电压的变化可得到磁场能的变化，由能量守恒得电场能的变化，再据电流与电场能的对应关系得电流的变化。如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()A．电容器正在充电B．电感线圈中的磁场能正在增加C．电感线圈中的电流正在增大D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大答案：BCD解析：由图中磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和线圈中磁场能处于增加过程，由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增加。题型2LC振荡电路的周期和频率为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是()A．增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯B．减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数C．减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯D．减小电容器两极板的正对面积并减小线圈的匝数解析：本题考查LC振荡电路的频率公式f＝12πLC。由此式可知增大固有频率f的办法是减小L或减小C或同时减小L和C。电容器两极板的正对面积增大，则C增大，正对面积减小，则C减小。在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数，则L增大，减小线圈的匝数，则L减小。综上可知只有选项D是正确的。答案：D点评：(1)LC振荡回路的周期和频率由回路自身决定，即由回路中电容器的电容值、自感线圈的自感系数决定。要改变LC振荡回路的周期和频率则需改变电容器的电容值或自感线圈的自感系数。(2)周期频率公式T＝2πLC、f＝12πLC给出了各物理量之间的关系。一台电子钟，是利用LC振荡电路来制成的，在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1min，造成这种现象的可能原因是()A．L不变C变大了B．L不变C变小了C．L变小了C不变D．L、C均减小了答案：BCD解析：钟走得偏快了是因为钟的LC振荡电路频率变大，周期变短，根据T＝2πLC可以知道，周期变短可能是LC的值变小。