人教版選修34 電磁振蕩 第1課時(shí) 教案.docx

14.2電磁振蕩教學(xué)目標(biāo)：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(guò)程.3.知道產(chǎn)生電磁振蕩過(guò)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(diǎn)：知道什么是lc振蕩電路和振蕩電流，振蕩電流的產(chǎn)生過(guò)程.難點(diǎn)：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(jìn)行新課：導(dǎo)入：我們之前學(xué)過(guò)電容器，也學(xué)過(guò)電感器，以及電容器和電感器對(duì)交變電流的影響。請(qǐng)大家回顧一下，電容器和電感器各有什么作用？對(duì)交變電路的影響又有哪些特點(diǎn)？提示：電容器的作用：儲(chǔ)存電荷，儲(chǔ)存電場(chǎng)能；在電路中有充、放電的作用。電感器的作用：能儲(chǔ)存磁場(chǎng)能，在通過(guò)的電流發(fā)生變化時(shí)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(diǎn)；電感器在交變電路中有通低頻、阻高頻的特點(diǎn)。一、電磁振蕩電路的演變與構(gòu)成1電磁振蕩電路的演變與構(gòu)成如圖311甲所示，一個(gè)電流計(jì)與一個(gè)閉合線圈連接，一條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，電流計(jì)的指針會(huì)不斷地?cái)[動(dòng)，這說(shuō)明電路中產(chǎn)生了大小和方向都不斷變化的電流如果將電流計(jì)拿走，如圖311乙所示，當(dāng)條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，電路中似乎不再有電流，但電路斷開(kāi)處的a、b兩點(diǎn)間仍存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即a、b兩點(diǎn)間仍存在變化的電勢(shì)差圖311振蕩電路的演變：如果在a、b兩點(diǎn)間接一個(gè)平行板電容器，如圖311丙所示，當(dāng)條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，在兩板之間的空間內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生大小和方向不斷變化的電場(chǎng)，即電容器在不斷地進(jìn)行充電、放電2振蕩電流(1)振蕩電流：上述實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的大小和方向都做周期性變化的電流(2)振蕩電路；能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路(3)lc振蕩電路：自感線圈l和電容器c組成的電路，lc振蕩電路是一種最簡(jiǎn)單的振蕩電路3振蕩電流的變化規(guī)律lc回路產(chǎn)生的振蕩電流是按正弦或余弦規(guī)律變化的二、電磁振蕩過(guò)程中電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流過(guò)程中，電容器極板上電荷、兩極板間電壓、電路中電流以及跟電荷有關(guān)的電場(chǎng)、與電流有關(guān)的磁場(chǎng)都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象叫電磁振蕩現(xiàn)象在電磁振蕩過(guò)程電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能同時(shí)發(fā)生周期性變化三、電磁振蕩的周期和頻率1電磁振蕩的周期t電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間2電磁振蕩的頻率f1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)3lc電路的周期(頻率)公式周期、頻率公式：t2，f，其中：周期t、頻率f、自感系數(shù)l、電容c的單位分別是秒(s)、赫茲(hz)、亨利(h)、法拉(f)疑難分析一、電磁振蕩中的電流i，極板間的電壓u，極板上的電量q、電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系1用圖象對(duì)應(yīng)分析i、q的變化關(guān)系，如圖312所示圖312圖3132板間電壓u、電場(chǎng)能ee、磁場(chǎng)能eb隨時(shí)間變化的圖象，如圖314所示圖314u、ee規(guī)律與q-t圖象相對(duì)應(yīng)；eb規(guī)律與i-t圖象相對(duì)應(yīng)3分類分析(1)同步關(guān)系在lc振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過(guò)程中，電容器上的物理量：電量q、電場(chǎng)強(qiáng)度e、電場(chǎng)能ee是同步變化的，即：qeee(或qeee)振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度b、磁場(chǎng)能eb也是同步變化的，即：ibeb(或ibeb)(2)同步異變關(guān)系在lc振蕩過(guò)程中，電容器上的三個(gè)物理量q、e、ee與線圈中的三個(gè)物理量i、b、eb是同步異向變化的，即q、e、ee同時(shí)減小時(shí)，i、b、eb同時(shí)增大，且它們的變化是同步的，也即：q、e、eei、b、eb.注意：自感電動(dòng)勢(shì)e的變化規(guī)律與q-t圖象相對(duì)應(yīng)二、關(guān)于電磁振蕩的周期和頻率1lc振蕩電路的周期t和頻率f只與自感系數(shù)l和電容c有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)t2，f.2c與正對(duì)面積s，板間距離d及介電常數(shù)r有關(guān)，即根據(jù)c判斷，l與線圈匝數(shù)、粗細(xì)、有無(wú)鐵芯、長(zhǎng)度等因素有關(guān)3改變回路中電容器的電容和線圈的自感系數(shù)達(dá)到我們需要的振蕩頻率【特別提醒】周期t、頻率f叫做lc回路的固有周期和固有頻率；電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的變化周期是電磁振蕩周期的一半，即t，頻率則是電磁振蕩頻率的2倍，即f.如圖315所示，某瞬間回路中電流方向如箭頭所示，且此時(shí)電容器的極板a帶正電荷，則該瞬間()圖315a電流i正在增大，線圈l中的磁場(chǎng)也正在增大b電容器兩極板間電壓正在增大c電容器帶電荷量正在減小d線圈中電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度正在增強(qiáng)【導(dǎo)析】將圖中電流的方向與電容器極板上的帶電情況相結(jié)合，即可分析、判斷出該振蕩電路的振動(dòng)狀態(tài)【解析】圖中標(biāo)明電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，且電容器上極板帶正電，說(shuō)明電容器正處于充電狀態(tài)，電容器充電過(guò)程中，回路中電流減少，磁場(chǎng)能減少，電場(chǎng)能增多，電容器帶電荷量正在增大，電壓正在增大，線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減弱，故只有b正確【答案】b本題易錯(cuò)選a、c、d，易把lc回路與電阻電路相混，誤認(rèn)為有電流就會(huì)做功，電場(chǎng)能減少，再由能量守恒定律可得磁場(chǎng)能增加. 1關(guān)于lc振蕩電路中的振蕩電流，下列說(shuō)法中正確的是()a振蕩電流最大時(shí)，電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度最大b振蕩電流為零時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)為零c振蕩電流增大的過(guò)程中，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電場(chǎng)能d振蕩電流減小的過(guò)程中，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能【解析】振蕩電流最大時(shí)，處于電容器放電結(jié)束瞬間，場(chǎng)強(qiáng)為零，a錯(cuò)；振蕩電流為零時(shí)，lc回路振蕩電流改變方向，這時(shí)的電流變化最快，電流的變化率最大，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)最大，b錯(cuò)；振蕩電流增大時(shí)，線圈中電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，c錯(cuò)；振蕩電流減小時(shí)，線圈中磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，d對(duì)【答案】d如圖316所示是一個(gè)振蕩電路中的電流的變化圖線，根據(jù)圖線可判斷()圖316at1時(shí)刻電感線圈兩端電壓最大bt2時(shí)刻電容器兩極板間電壓為零ct1時(shí)刻電路中只有電場(chǎng)能dt1時(shí)刻電容器帶電荷量為零【導(dǎo)析】看清縱坐標(biāo)所代表的物理量，根據(jù)電磁振蕩過(guò)程中物理量的“同步同向變化”規(guī)律或“同步異向變化”規(guī)律進(jìn)行分析【解析】由圖象可知，計(jì)時(shí)開(kāi)始時(shí)，電容器兩極板帶電荷量最大，電流為零，電容器放電開(kāi)始，根據(jù)電流隨時(shí)間變化規(guī)律，可以在圖中畫(huà)出qt圖(如圖虛線表示)，由圖象分析可知：t1時(shí)刻，電容器上電荷量為零，電勢(shì)差為零，電場(chǎng)能為零，故d對(duì)，a、c錯(cuò)；t2時(shí)刻電容器電荷量最大，兩板間電勢(shì)差最大，b錯(cuò)故選d.【答案】d分析it圖象時(shí)，畫(huà)出對(duì)應(yīng)的qt圖象，并注意到i與b、eb變化規(guī)律一致，q與e、ee、u變化規(guī)律一致，可起到事半功倍的效果. 2如圖317所示電路中，l是電阻不計(jì)的電感器，c是電容器，閉合開(kāi)關(guān)s，待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，再打開(kāi)開(kāi)關(guān)s，lc電路中將產(chǎn)生電磁振蕩如果規(guī)定電感l(wèi)中的電流方向從a到b為正，打開(kāi)開(kāi)關(guān)的時(shí)刻為t0時(shí)刻，那么圖317中能正確表示電感中的電流i隨時(shí)間t變化規(guī)律的是()圖317【解析】本題應(yīng)從下面幾個(gè)方面考慮：(1)s斷開(kāi)前，ab段短路，電容器不帶電(2)s斷開(kāi)時(shí)，ab中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流減小，同時(shí)，電容器c充電，此時(shí)電流正向最大(3)給電容器c充電的過(guò)程中，電容器的電荷量最大時(shí)，ab中電流減為零，此后lc發(fā)生電磁振蕩，形成交變電流【答案】c在lc回路中，電容器充電后向線圈放電發(fā)生電磁振蕩時(shí)，若將電容器兩板間距離增大，則振蕩過(guò)程中()a電容器兩板間最大電壓變大b振蕩電流的最大值變大c振蕩電流的頻率變大d電容器所帶電荷量最大值變大【導(dǎo)析】直接利用周期或頻率公式分析、判斷【解析】在lc回路中，電容器充電后向線圈放電發(fā)生電磁振蕩時(shí)，若將電容器兩板間距離增大，則其電容減小，由電磁振蕩周期公式t2 得頻率為f，振蕩電流的頻率變大，電容器極板上所帶的最大電荷量總是等于充電時(shí)的電荷量，保持不變，根據(jù)u知，電容減小時(shí)，兩極板上的最大電壓um變大因?yàn)閘c回路的振蕩頻率增大，振蕩周期變小，而極板上所帶最大電荷量不變，所以在t內(nèi)振蕩電流的平均值增大，因?yàn)檎沂浇蛔冸娏髯畲箅娏骱推骄娏饔写_定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以振蕩電流的最大值也變大，故a、b、c選項(xiàng)正確、d錯(cuò)誤故選abc.【答案】abc熟記電磁振蕩的周期或頻率公式，知道影響電感l(wèi)和電容c的諸多因素. 課堂練習(xí)1lc振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖318所示，則下列說(shuō)法正確的是()圖318a若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器上極板帶正電b若電容器正在充電，則電容器下極板帶正電c若電容器上極板帶正電，則線圈中電流正在增大d若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大【解析】該題考查各物理量發(fā)生變化的判斷方法由電流的磁場(chǎng)方向和安培定則可判斷振蕩電流方向，由于題目中未標(biāo)明電容器兩極板帶電情況，可分兩種情況討論：(1)若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于放電階段，電流增大，則c對(duì)a錯(cuò)；(2)若該時(shí)刻電容器下極板帶正電，可知電容器處于充電狀態(tài)，電流在減小，則b對(duì)，由愣次定律可判定d對(duì)【答案】bcd2如圖319所示，l是電阻不計(jì)的電感線圈，開(kāi)關(guān)s閉合后電路中有穩(wěn)定的電流，若t0時(shí)刻打開(kāi)s切斷電源，則電容器a板所帶電荷q隨時(shí)間變化的圖線應(yīng)是圖中的哪一個(gè)()圖319【解析】該題考查對(duì)lc振蕩電路中電量隨時(shí)間變化規(guī)律的理解開(kāi)關(guān)s閉合時(shí)線圈l中有電源提供的向下的電流，其電阻為零，故兩端無(wú)電壓，與其并接的電容器未被充電，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s，線圈與電源及電阻器斷開(kāi)而與電容器c構(gòu)成lc回路，線圈上原來(lái)的電源電流被切斷，但由于自感，線圈上的電流不會(huì)立刻減弱為零，而要保持原來(lái)方向繼續(xù)流動(dòng)，并對(duì)電容器充電，這就使電容器a板帶上負(fù)電荷并逐漸增多，當(dāng)充電電流減為零時(shí)，電容器a板上的負(fù)電荷達(dá)到最大值此后電容器放電，b板上正電荷通過(guò)線圈移至a板，放電完畢后，電荷減為零，接著又開(kāi)始反方向的充電過(guò)程，a板上正電荷逐漸增多直至達(dá)最大，再放電電路中形成電磁振蕩因此，電容器a板上電荷量隨時(shí)間變化的圖線是c.【答案】c3要想增大lc振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率，可采用的方法是()a增大電容器兩極板的間距b升高電容器的充電電壓c增加線圈的匝數(shù)d在線圈中插入鐵芯【解析】該題考查決定振蕩頻率的因素振蕩電流的頻率由lc回路本身的特性決定，f.增大電容器兩板間距，電容減小，振蕩頻率升高，a對(duì)；升高電容器的充電電壓不能改變振蕩電流的頻率，b錯(cuò)；增加線圈匝數(shù)和插入鐵芯，電感l(wèi)都增大，頻率降低，c、d錯(cuò)【答案】a4在lc回路產(chǎn)生電磁振蕩的過(guò)程中，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()a電容器放電完畢時(shí)刻，回路中電場(chǎng)能最小b回路中電流值最大時(shí)刻，回路中磁場(chǎng)能最大c電容器極板上電荷最多時(shí)，電場(chǎng)能最大d回路中電流值最小時(shí)，電場(chǎng)能最小【解析】在lc回路中電容器放電完畢時(shí)電容器所帶電荷量為零電場(chǎng)能最小，電路中電流最大，磁場(chǎng)能最大，若電容器極板上帶電荷量最多，電場(chǎng)能最大，因此a、b、c正確，d錯(cuò)誤【答案】d作業(yè)：1.如圖316所示，l為一電阻可忽略的線圈，d為一燈泡，c為電容器，開(kāi)關(guān)s處于閉合狀態(tài)，燈d正常發(fā)光，現(xiàn)突然斷開(kāi)s，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，畫(huà)出反映電容器a極板上電荷量q隨時(shí)間變化的圖像(q為正值表示a極板帶正電).圖316【解析】開(kāi)關(guān)s處于閉合狀態(tài)時(shí)，電流穩(wěn)定，又因l電阻可忽略，因此電容器c兩極板間電壓為0，所帶電荷量為0，s斷開(kāi)的瞬間，d燈立即熄滅，l、c組成的振蕩電路開(kāi)始振蕩，由于線圈的自感作用，此后的時(shí)間內(nèi)，線圈給電容器充電，電流方向與線圈中原電流方向相同，電流從最大逐漸減為0，而電容器極板上電荷量則由0增為最大，根據(jù)電流流向，此時(shí)間里，電容器下極板b帶正電，所以此時(shí)間內(nèi)，a極板帶負(fù)電，由0增為最大.【答案】2.某同學(xué)對(duì)機(jī)械波和電磁波進(jìn)行類比，總結(jié)出下列內(nèi)容，其中正確的是()a.機(jī)械波的頻率、波長(zhǎng)和波速三者滿足的關(guān)系，對(duì)電磁波也適用b.機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象c.機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播d.機(jī)械波只有橫波e.電磁波只有縱波【解析】機(jī)械波和電磁波有相同之處，也有本質(zhì)區(qū)別，但vf都適用，a說(shuō)法對(duì)；機(jī)械波和電磁波都具有干涉和衍射現(xiàn)象，b說(shuō)法對(duì)；機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，電磁波可以在真空中傳播，c說(shuō)法對(duì)；機(jī)械波有橫波和縱波，而電磁波是橫波，d、e說(shuō)法錯(cuò).【答案】abc3.下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是()a.電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播b.電磁