人教版選修34 電磁振蕩 第1課時 教案.docx

14.2電磁振蕩教學目標：1.知道什么是lc振蕩電路和振蕩電流.2.知道lc回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程.3.知道產(chǎn)生電磁振蕩過程中，lc振蕩電路中的能量轉(zhuǎn)換情況，知道振蕩電路中能量損失的途徑以及得到等幅振蕩的方法.4.知道什么是電磁振蕩的周期和頻率，了解lc回路的周期和頻率公式.重點：知道什么是lc振蕩電路和振蕩電流，振蕩電流的產(chǎn)生過程.難點：知道振蕩電路中能量損失的途徑以及得到等幅振蕩的方法.進行新課：導入：我們之前學過電容器，也學過電感器，以及電容器和電感器對交變電流的影響。請大家回顧一下，電容器和電感器各有什么作用？對交變電路的影響又有哪些特點？提示：電容器的作用：儲存電荷，儲存電場能；在電路中有充、放電的作用。電感器的作用：能儲存磁場能，在通過的電流發(fā)生變化時有自感的作用。電容器在交變電路中有通高頻、阻低頻的特點；電感器在交變電路中有通低頻、阻高頻的特點?；A知識梳理：1電磁振蕩的產(chǎn)生(1)振蕩電流：大小和方向都做_迅速變化的電流，叫做振蕩電流。(2)振蕩電路：能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做_。(3)振蕩過程：如圖所示，將開關s擲向1，先給電容器充電，再將開關擲向2，從此時起，電容器要對線圈放電。放電過程：由于線圈的_作用，放電電流不能立刻達到最大值，由0逐漸增大，同時電容器極板上的電荷_。放電完畢時，極板上的電荷為零，放電電流達到_。該過程電容器儲存的_轉(zhuǎn)化為線圈的_。充電過程：電容器放電完畢，由于線圈的_作用，電流并不會立刻消失，而要保持原來的方向繼續(xù)流動，并逐漸減小，電容器開始_，極板上的電荷逐漸_，當電流減小到零時，充電結束，極板上的電荷量達到_。該過程線圈中的_又轉(zhuǎn)化為電容器的_。此后電容器再放電、再充電，周而復始，于是電路中就有了周期性變化的振蕩電流。(4)實際的lc振蕩是阻尼振蕩：電路中有電阻，振蕩電流通過時會有_產(chǎn)生，另外還會有一部分能量以_的形式輻射出去。如果要實現(xiàn)等幅振蕩，必須有能量補充到電路中。思考：電磁振蕩過程中能量轉(zhuǎn)化過程較為復雜，你能類比單擺擺動過程中能量轉(zhuǎn)化來分析嗎？2電磁振蕩的周期和頻率(1)周期：電磁振蕩完成一次_需要的時間叫做周期。(2)頻率：單位時間內(nèi)完成的_變化的次數(shù)叫做頻率。如果振蕩電路沒有能量損失，也不受外界影響，這時的周期和頻率分別叫做_周期和_頻率。(3)周期和頻率公式：t_，f_。思考：電磁振蕩的固有周期(頻率)和哪些因素有關？答案：1(1)周期性(2)振蕩電路(3)自感減少最大電場能磁場能自感反向充電增加最大磁場能電場能(4)電熱電磁波思考提示：電容器充電時相當于擺球從平衡位置拉到最高點，電場能相當于擺球勢能，磁場能相當于擺球動能。電容器在放電過程中電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，相當于擺球由最高點向平衡位置運動，擺球勢能轉(zhuǎn)化為動能。電容器放電結束電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能，相當于擺球到達平衡位置時擺球勢能全部轉(zhuǎn)化為動能。2(1)周期性變化(2)周期性固有固有(3)思考提示：lc振蕩電路的固有周期和固有頻率只取決于線圈的自感系數(shù)l和電容器的電容c，與電容器帶電多少、極板間的電壓高低和是否接入電路等因素無關。重難點突破：一、振蕩過程中各物理量的變化情況給lc電路提供能量后，利用電容器的充放電作用和線圈產(chǎn)生自感的作用，使lc電路中產(chǎn)生電流，同時電容器極板上電荷量q及與q相關聯(lián)的電場(e，u，e電)，通電線圈的電流i及與i相關聯(lián)的磁場(b，e磁)都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象，稱電磁振蕩。其中，產(chǎn)生的大小和方向都周期性變化的電流稱振蕩電流。產(chǎn)生振蕩電流的電路稱振蕩電路。最簡單的振蕩電路是lc振蕩電路。1各物理量變化情況一覽表2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖象，如圖所示電磁振蕩過程中磁場能與電流i對應，電場能與帶電荷量q對應，在等幅振蕩中，磁場能與電場能的總量保持不變。二、lc電路中各量間的變化規(guī)律及對應關系1同步同變關系在lc電路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：帶電荷量q、電場強度e、電場能ee是同步同向變化的，即qeee(或qeee)。振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應強度b、磁場能eb也是同步同向變化的，即ibeb(或ibeb)。2同步異變關系在lc電路產(chǎn)生電磁振蕩的過程中，電容器上的三個物理量q、e、ee與線圈中的三個物理量i、b、eb是同步異向變化的，即q、e、ee同時減小時，i、b、eb同時增大，且它們是同步的，也即q、e、eei、b、eb。3物理量的等式關系線圈上的振蕩電流i，自感電動勢e自l，振蕩周期t2。4極值、圖象的對應關系如圖所示，i0時，q最大，e最大，ee最大，e自(e自為自感電動勢)最大。q0時，i最大，b最大，eb最大，e自0。對于電場e與磁場b以及電場能ee與磁場能eb隨時間變化的圖象有這樣的對應關系。圖象能更直觀地反映同步異變關系和極值對應關系。5自感電動勢e自與i-t圖象的關系由e自l知，e自是i-t圖象上某點處曲線切線的斜率k的絕對值。所以，利用圖象可分析自感電動勢隨時間的變化和極值。判斷l(xiāng)c電路處于放電過程還是充電過程的方法：當電流流向帶正電的極板，電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，電場能增加，電流減小，磁場能減少，處于充電過程；當電流流出帶正電的極板，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，電場能減少，電流增大，磁場能增加，處于放電過程。典例分析類型一 lc振蕩電路的振蕩過程【例1】 在lc電路產(chǎn)生電磁振蕩的過程中，下列說法中正確的是()。a電容器放電完畢時刻，回路中磁場能最小b回路中電流值最大時刻，回路中磁場能最大c電容器極板上電荷最多時，電場能最大d回路中電流值最小時刻，電場能最小解析：電容器放電完畢時，q0，但此時i最大，所以磁場能最大，則a項錯誤；電流最小i0時，q最多，極板間電場最強，電場能最大，則d項錯誤；同理分析，選項b、c正確。答案：bc題后反思：q決定了電容器極板間的電場強弱和電場能的大小，i決定了線圈中磁場強弱和磁場能的大小。因為電荷總量恒定，所以當qqmax時，i0；當iimax時，q0，從另一方面看：電容器充電時，qi；放電時qi。關鍵是分析q或i的變化，只要能確定一個量值的變化情況，就能分析得出另一個量值的變化。類型二 決定振蕩頻率的因素【例2】 為了增大lc振蕩電路的固有頻率，下列辦法中可采取的是()。a增大電容器兩極板的正對面積并在線圈中放入鐵芯b減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數(shù)c減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯d減小電容器兩極板的正對面積并減少線圈的匝數(shù)解析：本題考查lc振蕩電路的頻率公式f的應用。由此式可知增大固有頻率f的辦法是減小l或減小c或同時減小l和c。由c可知：電容器兩極板的正對面積增大，則c增大，正對面積減小，則c減小。在線圈中放入鐵芯或增加線圈的匝數(shù)，則l增大，減小線圈的匝數(shù)，則l減小。故選項d正確。答案：d題后反思：要解決此類問題，首先要明確lc振蕩電路的固有頻率與l、c的關系，還要明確電感線圈的自感系數(shù)l及電容器的電容c由哪些因素決定。l一般由線圈的長度、橫截面積、單位長度上的匝數(shù)及有無鐵芯決定，電容c由公式c可知，與電介質(zhì)的介電常數(shù)、極板正對面積s及板間距離d有關。隨堂練習1關于電磁振蕩和簡諧運動，下列說法中正確的是()。a電磁振蕩的過程就是lc電路充、放電的過程，簡諧運動的過程就是振子加速和減速的過程b電磁振蕩的規(guī)律是電容器兩極間電勢差隨時間做正弦(或余弦)規(guī)律變化，簡諧運動的規(guī)律是振子振動的位移隨時間做正弦(或余弦)規(guī)律變化c電磁振蕩是電場能與磁場能相互轉(zhuǎn)化，總能量守恒；簡諧運動是動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，總能量守恒d電磁振蕩和簡諧運動的本質(zhì)區(qū)別就在于電磁振蕩是振蕩電路中自由電子的電磁運動，簡諧運動是振子的機械運動2 如圖表示lc振蕩電路某時刻的情況，以下說法中正確的是()。a電容器正在充電b電感線圈中的磁場能正在增加c電感線圈中的電流正在增大d此時刻自感電動勢正在阻礙電流增大3有一lc振蕩電路，能產(chǎn)生一定波長的電磁波，若要產(chǎn)生波長比原來短些的電磁波，可采取的措施有()。a增加線圈的匝數(shù)b在線圈中插入鐵芯c減小電容器極板間的距離d減小電容器極板正對面積4 如圖是振蕩電流的電流圖線，下列說法中正確的是()。a在0t1的時間里電容器在充電b在時刻t1時，電容器的電荷最多ct2時刻電容器兩極板間電壓為零d在t2t3的時間里電容器在放電5 如圖所示的lc振蕩電路中，振蕩電流的周期為210-2 s，自振蕩電流沿逆時針方向達到最大值時開始計時，當t=3.410-2 s時，電容器正處于_狀態(tài)(選填“充電”“放電”或“充電完畢”)，這時電容器的上極板_(選填“帶正電”“帶負電”或“不帶電”)。答案：1abcd在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷、通過線圈的電流，以及跟電荷和電流相聯(lián)系的電場和磁場都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩；如果質(zhì)點的位移與時間的關系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動圖象(xt圖象)是一條正弦曲線，這樣的振動叫做簡諧運動。2bcd由圖中磁感應強度的方向和安培定則可知，此時電流向著電容器帶負電的極板流動，也就是電容器處于放電過程中，這時兩極板電荷量和電壓、電場能處于減少過程中，而電流和線圈中磁場能處于增加過程中，由楞次定律可知，線圈中感應電動勢正阻礙電流的增加。3dlc振蕩電路產(chǎn)生的電磁波的頻率為：f，再由vf，解得2v，所以減小波長的方法是減小自感系數(shù)l或電容c。選項a、b都是增大l的措施。關于電容c有：c，可知選項d正確。4d電流增大的階段是放電過程，電流減小的階段是充電過程，電流等于零的瞬間，電壓最大，電荷量最多，電流最大的瞬間，電壓為零，電荷量為零。5解析：根據(jù)題意可畫出lc電路振蕩電流的變化圖象(如圖)，t3.4102 s時刻即為圖象中的p點，正處于順時針電流減小的過程中，所以，電容器正處于充電狀態(tài)，上極板帶正電。答案：充電帶正電作業(yè)：3關于lc振蕩電路中的振蕩電流，下列說法中正確的是()a振蕩電流最大時，電容器兩極板間的電場強度最大b振蕩電流為零時，線圈中自感電動勢為零c振蕩電流增大的過程中，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化成電場能d振蕩電流減小的過程中，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能解析：選d振蕩電流最大時處于電容器放電結束瞬間，電場強度為零，a錯誤；振蕩電流為零時，振蕩電流改變方向，這時的電流變化最快，電流變化率最大，線圈中的自感電動勢最大，b錯誤；振蕩電流增大時，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，c錯誤；振蕩電流減小時，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，d正確。4在lc振蕩電路中，電容器上帶的電荷量從最大值變化到零所需的最短時間是()a. b.c d2解析：選blc振蕩電路的周期t2，其中電容器上的電荷量從最大值變到零所需的最短時間為t，只有選項b正確。5如圖所示的電路中，l是電阻不計的電感器，c是電容器，閉合開關s，待電路達到穩(wěn)定狀態(tài)后，再斷開開關s，lc電路中將產(chǎn)生電磁振蕩，如果規(guī)定電感器l中的電流方向從a到b為正，斷開開關的時刻為t0，那么選項圖中能正確表示電感器中的電流i隨時間t變化規(guī)律的是() 解析：選cs斷開前，ab段短路，電流從ba，電容器不帶電；s斷開時，ab中產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流減小，給電容器充電，此時電流負向最大；給電容器充電過程，電容器充電量達到最大時，ab中電流減為零；此后，lc回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流。綜上所述，選項c正確。6有一lc振蕩電路，能產(chǎn)生一定波長的電磁波，若要產(chǎn)生波長比原來短一些的電磁波，可用的措施為()a增加線圈匝數(shù)b在線圈中插入鐵芯c減小電容器極板正對面積d減小電容器極板間距離解析：選c由于電磁波傳播過程中波速vf恒定，因此欲使波長變短，必須使頻率f升高，由于頻率f，所以，增加線圈匝數(shù)和在線圈中插入鐵芯，將使線圈自感系數(shù)l增大而降低頻率f；減小電容器極板間距將使電容c增大而降低頻率f；減小電容器極板正對面積將使電容c減小而升高頻率f?？梢?，選項c正確。二、多項選擇題7某lc回路電容器兩端的電壓u隨時間t變化的關系如圖所示，則()a在時刻t1，電路中的電流最大b在時刻t2，電路中的磁場能最大c從時刻t2至t3，電路的電場能不斷增大d從時刻t3至t4，電容器的電荷量不斷增大解析：選bc由lc回路中各物理量的變化規(guī)律可知，時刻t1電容兩端電壓最高時，電路中振蕩電流為零，時刻t2電容兩端電壓為零，電路中振蕩電流最強、磁場能最大，選項a錯誤，b正確；在t2至t3的過程中，從題圖可知，電容器兩板電壓增大，故電場能增加，選項c正確；而在t3至t4的過程中，電容器兩板電壓減小，電荷量同時減少，選項d錯誤。8一個lc振蕩電路中，線圈的自感系數(shù)為l，電容器電容為c，從電容器上電壓達到最大值u開始計時，則有()a至少經(jīng)過，磁場能達到最大b至少經(jīng)過，磁場能達到最大c在時間內(nèi)，電路中的平均電流是d在時間內(nèi)，電容器放電量為cu解析：選bcdlc振蕩電路周期t2，電容器電壓最大時，開始放電，至少經(jīng)時間，放電結束，此時電容器電荷量為零，電路中電流最大，磁場最強，磁場能最大。因為qcu，所以電容器放電量qcu，由i，所以i 。三、非選擇題9實驗室里有一水平放置的平行板電容器，其電容c1 f。在兩板帶有一定電荷時，發(fā)現(xiàn)一粉塵恰好靜止在兩板間。還有一個自感系數(shù)l0.1 mh的電感器，現(xiàn)連成如圖所示電路，試分