高考物理课件：第18章第一节~第二节《电磁振荡》《电磁振荡的周期和频率》（人教版选修3-4）

欢迎进入物理课堂 第一节电磁振荡第二节电磁振荡的周期和频率 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第一节 第二节 课前自主学案 目标概览 目标概览 学习目标 1 知道什么是LC振荡电路和振荡电流 2 知道LC回路中振荡电流产生的过程 3 知道产生电磁振荡过程中 LC振荡电路中的能量转化情况 知道阻尼振荡和无阻尼振荡 4 知道什么是电磁振荡的周期和频率 5 知道LC回路的周期 频率公式 并能利用公式分析 计算简单问题 重点难点 1 定性理解振荡周期与电容 电感的关系 2 LC振荡电路的周期 频率 公式 课前自主学案 一 电磁振荡的产生1 振荡电流 和 做周期性变化的电流 2 振荡电路 1 定义 能产生 的电路 2 结构 最简单的振荡电路是由 和 组成的电路 称为LC回路 3 电磁振荡 电容器充放电的过程中 电容器极板上的电荷q 电路中的电流i 电容器里的电场的场强E 线圈磁场的磁感应强度B 都发生周期性的变化的现象 大小 方向 振荡电流 自感线圈L 电容器C 4 LC回路的振荡过程 二 阻尼振荡和无阻尼振荡1 无阻尼振荡 在电磁振荡中 如果没有能量损失 振荡应该永远持续下去 振荡电流的振幅应该永远 的振荡 2 阻尼振荡 振荡电路中的能量要逐渐损耗 振荡电流的振幅要 直到最后停止振荡的振荡 保持不变 逐渐减小 三 电磁振荡的周期和频率1 周期 电磁振荡完成一次 变化需要的时间 2 频率 一秒钟内完成的 变化的次数 3 固有周期和固有频率振荡电路中发生电磁振荡时 如果没有能量损失 也不受其他外界的影响 这时电磁振荡的周期和频率叫做振荡电路的 和 简称振荡电路的周期和频率 周期性 周期性 固有周期 固有频率 核心要点突破 一 电磁振荡的特点及变化规律1 电磁振荡的特点LC回路工作具有周期性 可归纳为 1 两个物理过程放电过程 q i 电场能转化为磁场能充电过程 q i 磁场能转化为电场能 2 五个特殊状态 如下表所示 3 振荡电流的图象图18 1 1 2 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电场能 磁场能 电场能 磁场能 电场强度E 磁感应强度B 电场强度E 磁感应强度B 电容器带电量q 电路中电流i 电容器带电量q 电路中电流i 特别提醒 电容器极板上的电量 振荡电流 电场和磁场变化的频率相同 在一个周期内完成一次周期性变化 频率均为f 在一个周期内电场能和磁场能相互转化两次 转化的频率为2f 二 如何理解 应用周期公式和频率公式1 LC振荡电路的周期公式 频率公式 要理解其物理含义 它只由电路本身的特性 L C值 决定 所以叫做固有周期和固有频率 应用中通过改变LC回路中电感L或电容C 周期和频率也随之改变 满足各种需要 2 应用周期公式 频率公式进行计算时 要特别注意各个物理量的单位 常用电容的单位有微法 F 和皮法 pF 代入公式时 一定要换为法拉 F 课堂互动讲练 如图18 1 2所示为LC电路中电容器两极板上的电压u随时间t变化的图象 由图可知 图18 1 2 A 在t1时刻 电路中的磁场能最小B 从t1到t2 电路中的电流不断变小C 从t2到t3 电容器极板上的带电荷量增多D 在t4时刻 电容器中的电场能最小 解析 电磁振荡中 随振荡电流i同步变化的有磁感应强度B和磁场能 随电容器上电荷量q同步变化的有板间电压U 场强E和电场能 当其中一个变大时 另一个变小 其中一个为零时 另一个达到最大值 在t1时刻 电容器上电压最大 电场能最大 A正确 从t1到t2 电容器上电压减小 即电容器上带电荷量减小 因此电路中电流增大 B错误 从t2到t3 电容器上电压增大 因此带电荷量增加 C正确 在t4时刻 电容器上电压为零 场强也为零 电场能最小 D正确 答案 ACD 点评 做这类题的关键在于熟练掌握电磁振荡过程中各量的对应关系 变式训练1图18 1 3在LC振荡电路中 某时刻的磁场方向如图18 1 3所示 则下列说法正确的是 A 若磁场正在增强 则电容器上极板带正电B 若磁场正在减弱 则电容器上极板带正电C 若电容器正在放电 则电容器上极板带正电D 若电容器在充电 则自感电动势的方向与电流的方向相反解析 选B 由题图中磁场方向和安培定则可知 此时电流由下极板向上极板流动 若磁场增强 则说明电流增大 电容器处于放电状态 下极板带正电 A错 若磁场减弱 说明电流减小 电容器处于充电状态 上极板带正电 B对 若电容器正在放电 则说明下极板带正电 C错 若电容器充电 则说明电流减小 自感电动势与电流方向相同 D错 如图18 1 4所示电路中 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 再打开开关S LC电路中将产生电磁振荡 图18 1 4 如果规定电感L中的电流方向从a到b为正 打开开关的时刻为t 0时刻 那么图18 1 5中能正确表示电感中的电流i随时间t变化规律的是 图18 1 5 解析 S断开前 由于电感器电阻为零 ab段短路 有自a到b的最大电流 电容器不带电 S断开时 电感器中产生与电流方向相同的自感电动势 阻碍电感器中电流的减小 使电感器中电流继续自a向b流动 给电容器充电 答案 C 点评 此题的LC回路在S断开后的振荡是从L中电流最大开始的 而课本所讲的振荡过程是从电容器带电荷量最多开始的 因而两种情况计时时刻的L和C状态不同 不能用课本的模式去套 变式训练2如图18 1 6所示 先把开关S拨到a 对电容器充电 再把开关拨到b 下列说法正确的是 图18 1 6 A 电容器开始放电时 电路中电流最大B 电路中电流最大时 电场能最小C 电容器放电结束时 电路的电流为零D 电容器再开始充电时 电路的磁场能最大解析 选BD 开始放电时 电场能最大 磁场能最小 电流也最小 故A错 放电结束时情况则相反 故C错 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少线圈的匝数 答案 D 变式训练3汽车收音机是利用LC振荡电路来接收电磁波能量的 现需要增大LC电路的固有频率 来接收频率较高的电磁信号 下列哪些方法是可行的 A 减小电容器上的充电电压B 减小电容器两极板之间的间距C 在线圈中将铁芯抽出一些D 增加线圈的匝数 在LC振荡电路中 线圈的自感系数为L 2 5mH 电容C 4 F 1 求该回路产生的电磁振荡的周期多大 2 设在t 0时 电容器极板上电压最大 在t 9 0 10 3s时 通过线圈的电流是增大还是减小 这时电容器是在充电还是在放电 答案 1 6 28 10 4s 2 减小充电 点评 本题解答要求熟练掌握LC回路电磁振荡的周期性 周期的实际意义 以及每一个周期内的放电 反向充电 反向放电 充电四个基本过程中的各量的变化 这是电磁振荡知识的核心内容 变式训练4图18 1 7如图18 1 7所示 电源的电动势为E 电容器的电容为C 线圈的电感为L 将开关S从a拨向b 经过一段时间后 电容器放电完毕 求电容器的放电时间 放电电流的平均值是多少 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全