2013-2014学年高二物理配套课件：3.1 电磁振荡（教科版选修3-4）.ppt

1、名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习1 电磁振荡名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习1理解LC回路中产生振荡电流的过程2会分析振荡电流变化过程中，电场能、电荷、电流的大小和方向的变化情况3知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别，以及振幅减小的原因4掌握电磁振荡的周期与频率的公式名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习一、振荡电流的产生 电磁振荡振荡电流和振荡电路(1)振荡电流：大小和方向都做的电流，叫做振荡电流(2)振荡电路：能产生电流的电路周期性迅速变化振荡名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习(3

2、)LC振荡电路：由自感线圈和电容器组成的电路就是最简单的振荡电路，简称如图3-1-1所示，先将电键S和1接触，电键闭合后电源给电容器C充电，然后S和2接触，在LC回路中就出现了振荡电流图3-1-1LC回路名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习电磁振荡在产生振荡电流的过程中，电容器上极板上的电荷量q，电路中的电流i，电容器内电场强度E，线圈中磁感应强度B都发生的变化，这种现象叫做电磁振荡(1)从振荡的表象上看：LC振荡过程实际上是通过线圈L对电容器C的过程(2)从物理本质上看：LC振荡过程实质上是能和能之间通过充、放电的形式相互转化的过程周期性充、放电磁场电场名 师 解 疑分 类 例 析自

3、主 学 习二、阻尼振荡和无阻尼振荡在电磁振荡中，如果没有，振荡将永远持续下去，振荡电流的振幅应该永远，这种振荡叫做无阻尼振荡，如图3-1-2(甲)由于电路中有电阻，电路中的能量有一部分要转化成内能，还有一部分能量以电磁波的形式到周围空间去了这样，振荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的振幅，直到停止振荡这种振荡叫做阻尼振荡如图3-1-2(乙)能量损失保持不变辐射逐渐减小名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习(甲)无阻尼振荡(乙)阻尼振荡图3-1-2名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习一、电磁振荡的产生过程振荡电流的产生(1)充电的电容器，将要开始

4、放电的瞬间，电路中没有电流，线圈中没有磁场，电容器两极板上的电荷最多，两极板间的电场最强，电路里的能量全部以电场能的形式储存在电容器里，如同单摆被拉到最高点重力势能最大名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习(2)电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，线圈中的电流由零逐渐增大，线圈中的磁场逐渐增强，电容器所带的电荷量逐渐减少，电场逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能，放电完毕时，线圈的电流最大，磁场最强，电场能全部转化为磁场能，如同单摆的重力势能转化为动能(3)电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，电流并不立即消失，仍保持原来的方向继续流动，电容器被反向充

5、电在这个过程中，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能充电完毕时，磁场能又全部转化为电场能，如同单摆的动能转化为重力势能名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习其中：qm、Em、im、Bm分别表示电荷量、场强、电流和磁感应强度的最大值，E电、E磁分别表示电场能、磁场能名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习LC振荡过程中规律的定量表达在LC振荡过程中，尽管磁场能和电场能的变化曲线都比较复杂，但与之相关的其他物理量和变化情况却都可以用简单的正(余)弦曲线给出定量表达以LC振荡过程中线圈L中的振荡电流i(与磁场能相关)和电容

6、器C的极板间交流电压u(与电场能相关)为例，其变化曲线分别如图中313的(a)、(b)所示图3-1-3名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习二、电磁振荡与机械振动的对比比较LC回路的电磁振荡单摆的简谐运动初始状态对电容器充电，使电容器极板上电荷量q最多，电场E最强，振荡电流为零，磁场B为零，回路能量形式为电场能将摆球拉离平衡位置一段距离，使摆球位移x最大，加速度a最大，速度v为零，系统能量形式为重力势能名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【典例1】如图3-1-

7、4表示LC振荡电路某时刻的情况，则()A电容器正在充电B电感线圈中的磁场能正在减少C电感线圈中的电流正在减小D此时刻自感电动势正在阻碍电流增大电磁振荡过程分析图3-1-4名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析由安培定则判断电流方向如图所示可知电容器在放电，电容器极板上的电荷量正在减少，电路中电流正在增大，电感线圈中的磁场能正在增加，故选项A、B、C错误感应电动势总是阻碍引起感应电动势的磁通量的变化，而磁通量变化是因电流变化而引起的，故选项D正确答案 D名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习借题发挥 求解本题仍依据LC振荡电路的规律，但要注意：本题涉及的LC回路不是从电源对电容器充电

8、完毕、电容器带电荷最多、电场强度最大、通过线圈的电流为零、能量全部表现为电场能的状态开始的，而是从电容器正在放电、电场强度正在减小、线圈上电流正在增大、能量正在由电场能向磁场能转化解题时要具体分析，不能生搬硬套名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【变式1】关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是()A振荡电流最大时，电容器两极板间的电场强度最大B振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零C振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能D振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析本题考查振荡电流变化和其他各物理量变化的关系振荡电流最大

9、时，处于电容器放电结束瞬间，极板间场强为零，A错；振荡电流为零时，LC回路振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流强度变化率最大，线圈中自感电动势最大，B错；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C错；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D对答案 D名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【典例2】如图3-1-5所示中画出一个LC振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断()At1时刻电感线圈两端电压最大Bt2时刻电容器两极间电压为零Ct1时刻电路中只有电场能Dt1时刻电容器带电荷量为零LC电路图像的应用图3-1-5名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析 本题考查认识it图

10、像和利用图线分析问题的能力由图像知，计时开始时，电容器两极板带电荷量最大，电流为零，电容器放电开始，根据电流随时间的变化规律，可以在图中画出qt图像(如下图中虚线所示)由图像分析可知：t1时刻，电容器上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故D对，A、C错；t2时刻电容器电荷量q最大，两板间电势差最大，B错答案 D名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习借题发挥 分析it图像时，画出对应的qt图像，并注意到i与B、EB变化规律一致，q与E、E电、U变化规律一致，可起到事半功倍的效果名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【变式2】如图3-1-6所示电路中，L是电阻不计的线圈，C为电容器，R为

11、电阻，开关S先是闭合的，现将开关S断开，并从这一时刻开始计时，设电容器A极板带正电时电量为正，则电容器A极板上的电荷量q随时间t变化的图像是图中的哪一个()图3-1-6名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析 开关S闭合时，由于线圈电阻为零，线圈中有自左向右的电流通过，但线圈两端电压为零，与线圈并联的电容器极板上不带电，本题LC回路的初始条件是线圈中电流最大，磁场能最大，电场能为零断开开关S时，线圈中产生与电流方向相同的自感电动势，阻碍线圈中电流的减小，使线圈中电流继续自左向右流动，从而给电容器充电，B板带正电，A板带负电，电荷量逐渐增加，经电荷量达最大，这时LC回路中电流为零名 师 解

12、 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【典例3】如图3-1-7所示振荡电路中，电感L300 H，电容C的范围为25 pF270 pF，求(1)振荡电流的频率范围；(2)若电感L10 mH，要产生周期T0.02 s的振荡电流，应配置多大的电容？LC振荡电路周期与频率公式的应用图3-1-7名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【变式3】要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是()A增大电容器两极板的间距B升高电容器的充电电压C增加线圈的匝数D在线圈中插入铁芯名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习

13、名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习电磁振荡的三个“两”电磁振荡在近年来的高考中出现的频率较高学习中若能抓住三个“两”，就可把握好本章的知识要点，从而使知识系统化1两类物理量考题大部分是围绕某些物理量在电磁振荡中的变化规律而设计的，因此，分析各物理量的变化规律就显得尤为重要，这些物理量可分为两类；名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习一个是电流(i)，振荡电流i在电感线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B，磁通量和磁场能E磁具有与之相同的变化规律另一个是电压(u)电容器极板上所带的电荷量q、两极板间的场强E，电场能E电，线圈的自感电动势E的变化规律与u相同电流i和电压u的变化不同

14、步，规律如图3-1-8.图3-1-8名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习2两个过程电磁振荡过程按电容器的电荷量变化可分为充、放电过程，当电容器的电荷量增加时为充电过程，这个过程中电路的电流减小；电荷量减小时为放电过程，这个过程中电路的电流增加名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习3两个初始条件图3-1-9中的电路甲和乙，表示了电磁振荡的两个不同初始条件图甲中开关S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始放电，图乙中S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始充电，学习中应注意区分这两个初始条件图3-1-9名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【典例4】已知LC振荡电路中电容器极板A上的电荷量随时间变化的曲线如图3-1-10乙所示，则(图乙中q为正值时表示A极板带正电)()Aa、c两时刻电路中电流最大，方向相同Ba、c两时刻电路中电流最大，方向相反Cb、d两时刻电路中电流最大，方向相同Db、d两时刻电路中电流最大，方向相反图3-1-10名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析a、c两时刻电路中电容器带电荷量最多，电场能最大，电流应为零，所以A、B均错误；b时刻为电容器上极板带正电，顺时针放电完毕瞬间，电流为顺时针最大；而d时刻为电容器下极板带正电，逆时针放电完毕瞬间，电流为逆时针最大，故C错误、D正确答案 D