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第四章 电磁振荡与电磁波\n1．电磁振荡\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．通过实验，了解电磁振荡。2．体会LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况。3．了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式，了解实际生产生活中调节振荡电路频率的基本方法。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．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__________。周期性知识点1电磁振荡的产生振荡电路\n3．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______。自感减少最大\n(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______。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\n1．电容器放电过程中从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电路里的能量全部储存在电容器的________，电容器放电的过程，就是________逐渐转化为________的过程。2．电容器充电过程中从能量的观点来看：在充电的过程中，________逐渐转化为________。3．在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生________的转化。如果没有能量损失，振荡可以永远持续下去，振荡电流的______保持不变。电场中知识点2电磁振荡中的能量变化电场能磁场能磁场能电场能周期性振幅\n1．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。3．固有周期和固有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。周期性变化知识点3电磁振荡的周期和频率周期性固有固有\n思考辨析『判一判』(1)LC振荡电路是最简单的振荡电路。()(2)在LC振荡电路里，随着电容器的充放电，电场能与磁场能不断地转化。()(3)改变振荡电路中电容器的电容或线圈的电感，就可以改变振荡电路的周期。()(4)在LC振荡电路中，电流增大的过程中电容器放电，磁场能和电场能都减小。()(5)实际的LC振荡是阻尼振荡，如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。()√√√×√\n『选一选』(多选)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()BCDA．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\n『想一想』课本演示实验中得到的电压如图所示，该电流是振荡电流吗？解析：是，演示实验中电压、电流都做周期性变化，只是由于电路中能量损耗，振幅在变小是阻尼振动是振荡电流。\n课内互动探究\n探究音叉的振动产生声音，但是要形成持续的声音，则需要不断地打击音叉。手机接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？电磁振荡的产生及能量转化情景导入提示：要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的振荡电路实现。\n1．电磁振荡的产生过程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。要点提炼\n\n2．电磁振荡过程的能量转化LC回路中电磁振荡中能量转化可用下图表示。(图中表示增加，表示减少)\n(多选)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典例1典例剖析BCD\n\n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。综上所述，B、C、D正确。\n1．如图所示，L是不计电阻的电感器，C是电容器，闭合开关K，待电路达到稳定状态后，再断开开关K，LC电路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正，断开开关K的时刻为t＝0，那么下列四个图中能够正确表示电感中的电流随时间变化规律的是()对点训练B\n解析：在没有断开开关时，电流是从a流向b，当断开开关后，电流要减小，而线圈的感应电动势阻碍电流减少，则电流方向不变，大小在慢慢减小，当电容器充电完毕时，电流为零，接着电容器放电，电流方向与之前相反，大小在不断增大，故选B。\n探究如图所示电路叫做电磁振荡电路，又叫做LC回路。给该电路提供能量后，利用电容器的充放电和线圈产生的自感作用，可以产生振荡电流，请思考：该振荡电流的周期和频率与哪些因素有关？提示：与电感线圈的自感系数L和电容器的电容C有关。电磁振荡的周期和频率情景导入\n要点提炼\n\n(1)LC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)。特别提醒\n(多选)如图所示的电路中，自感线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，电源电动势为E，今将开关S由1扳到2，从这一时刻起()典例2典例剖析ACD\n思路引导：(1)LC振荡电路一个周期内充电、放电各两次，对应的i、B、E大小、方向也有两次变化。(2)LC振荡电路一个周期内电场能与磁场能的转化各有两次。\n2．(多选)要增大如图所示振荡电路的频率，下列说法中正确的是()A．减少电容器的带电荷量B．将开关S从“1”位置拨到“2”位置C．在线圈中插入磁铁棒芯D．将电容器的动片旋出些对点训练BD\n\n核心素养提升\n一、振荡电路中几个物理量的变化步调1．同步同变关系①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↑)②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．同步异变关系在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小\n二、LC振荡电路充、放电过程的判断方法1．根据电流流向判断，当电流流向带正电的极板时，处于充电过程；反之，处于放电过程。2．根据物理量的变化趋势判断：当电容器的电荷量q(电势差U、电场强度E)增大时，处于充电过程；反之，处于放电过程。3．根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。\n案例BC\n解析：由题图可判断：t1时刻正在放电，电流应处在增大状态；t2时刻正在充电，电流应处在减小状态，故选项B、C正确，选项A、D错误。\n课堂达标检测\n1．(2021·安徽省蚌埠市第五中学高二下学期检测)在LC振荡电路中，某时刻线圈中的磁场和电容器中的电场如图所示，则此时刻()A．电容器正在充电B．振荡电流正在增大C．线圈中的磁场正减弱D．磁场能正在向电场能转化B\n解析：由题图可知，此时刻电容器正在放电，电路中电流正在增大，线圈中的磁场正在增强，电场能正在向磁场能转化，故选项B正确，A、C、D错误。\n2．(多选)(2020·江苏省南通中学高二下学期线上测试)如图所示的LC振荡回路，当开关S转向右边发生振荡后，下列说法中正确的是()A．振荡电流达到最大值时，电容器上的带电荷量为零B．振荡电流达到最大值时，磁场能最大C．振荡电流为零时，电场能为零D．振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半ABD\n解析：当电流达最大时，此时磁场能最大，电场能最小，电容器上的带电量为零；故AB正确；当电流为零时，充电完成，此时磁场能为零；电场能最大；故C错误；由振荡电路的周期性可知，振荡电流相邻两次为零，时间间隔等于振荡周期的一半；故D正确。\n3．(2021·华中师大一附中高二下学期期中)如图所示的电路中，L是电阻不计的电感线圈，C是电容器(原来不带电)，闭合开关S，待电路达到稳定状态后再断开开关S，LC回路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正，断开开关时刻为t＝0，那么断开开关后()\nA．图甲可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律B．图乙可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律C．图甲可以表示电容器左极板的电荷量q随时间t的变化规律D．图乙可以表示电容器右极板的电荷量q随时间t的变化规律答案：AD\n解析：S接通达到稳定时，线圈内有电流而电容器上没有电流，流过线圈的电流是从a流向b，当断开开关瞬间时，电流要减小，而线圈的感应电动势阻碍电流减少，则电流方向不变，大小在慢慢减小，同时对电容器充电；当电容器充电完毕时，电流为零。接着电容器放电，电流方向与之前相反，大小在不断增大，直到电容器放电完毕后，电流反向最大；之后电容器与线圈组成的LC回路重复以上的过程中，在LC回路中形成电磁振荡，回路中出现余弦式电流，故图甲可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律，故A正确，B错误；S闭合时，电流稳定时，线圈L两端的电压为零，故电容器两端的电势差为零，根据Q＝CU，可知所带的电荷量为零；\n当断开S，由于线圈L阻碍电流的变化，则线圈L中有从a到b的电流，此时电容器反向充电，则右极板带正电，电荷量逐渐增大，磁场能转化为电场能，充电完毕后，又开始放电，将电场能转化为磁场能，形成LC振荡电路，电荷量随时间周期性变化，故图乙可以表示电容器右极板的电荷量q随时间t的变化规律，故C错误，D正确。\n4．(多选)(2020·浙江省温州十五校联合体高二下学期期中)根据图中四幅图片提供的物理信息，下列说法正确的是()ABDA．甲图：根据多普勒效应，可以测定鱼群的方位B．乙图：根据光的干涉可以检测下面玻璃板的平整度C．丙图：清晨，看到花草上的露水晶莹剔透，这是光的偏振引起的D．丁图：根据LC振荡电路周期变化，可以判断绝缘储罐中不导电液体高度的变化\n解析：甲图：根据多普勒效应，可以测定鱼群的方位，选项A正确；乙图：根据光的干涉可以检测下面玻璃板的平整度，选项B正确；丙图：清晨，看到花草上的露水晶莹剔透，这是光的全反射引起的，选项C错误；丁图：两块平行金属板构成的电容器的中间的液体就是一种电介质，当液体的高度升高，相当于插入的电介质越多，电容越大，则根据LC振荡电路周期变化，可以判断绝缘储罐中不导电液体高度的变化，选项D正确。
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