貴州省巧馬中學(xué)2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí)教案182電磁振蕩的周期和頻率

1、電磁振蕩的周期和頻率一、教育目標(biāo)1理解LC振蕩電路的固有周期(頻率)的決定因素確應(yīng)用公式進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算二、重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)及解決辦法1重點(diǎn)LC振蕩電路的周期公式，頻率公式是教材中的重點(diǎn)內(nèi)容。通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察，定性地得出了電感L大(小)、電容C大(小)、周期長(zhǎng)(短)的結(jié)論。2疑點(diǎn)為什么電容越大，電感越大，周期就越大？通過(guò)對(duì)電容充放電作用，理解。三、教具準(zhǔn)備1LC振蕩回路示教板，準(zhǔn)備兩個(gè)以上電感不同的線圈(可拆變壓器的220V線圈)，電容器2大屏幕示波器(觀察振蕩電流周期變化情況)等3每?jī)蓚€(gè)學(xué)生一只中波小收音機(jī)四、課時(shí)安排1 課時(shí)五、教學(xué)步驟1引入新課上節(jié)課我們通過(guò)比較電磁振蕩與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)有很多相似

2、之處，它們運(yùn)動(dòng)都有周期性，我們知道振動(dòng)的周期只與其本身的條件有關(guān)，而電磁振蕩中的振蕩電流周期又是由什么因素決定的呢？電感L、電容C的大小對(duì)振蕩的快慢有怎樣的影響？其它因素(q、i、U大小)與周期有沒(méi)有關(guān)系？下面來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。2提出問(wèn)題(1)機(jī)械振動(dòng)中，周期和頻率的概念、意義是什么？單擺周期由什么決定？(2)電磁振蕩的周期和頻率的意義是什么？在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上，歸納指出，振蕩電路里發(fā)生無(wú)阻尼自由振蕩時(shí)的周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期和固有頻率。對(duì)比，聯(lián)系單擺的振動(dòng)，初步猜測(cè)一下電磁振蕩的周期和頻率與什么因素有關(guān)系？與LC回路中的電感L、電容C有何關(guān)系(定性)？2演示實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介圖1所示電路，多抽

3、頭帶鐵芯的線圈，L值較大(可用220V或二個(gè)110V可拆變壓器線圈串聯(lián)而成)2-3個(gè)電解電容器(100F、500F、1000F)演示電流表(指針在表盤(pán)中央)，二個(gè)電源(6V，45V)等操作和觀察 觀察什么？(電流表指針擺動(dòng)的快慢)選用不同的L或C值，發(fā)生電磁振蕩時(shí)，電流表指針擺動(dòng)的快慢程度(周期和頻率)與L、C值的初步關(guān)系是什么？啟發(fā)同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推理、分析得到電容C不變時(shí)，電感L越大，振蕩周期T就越長(zhǎng)，頻率越低。當(dāng)電感L不變時(shí)，電容C越大，振蕩周期就越長(zhǎng)，頻率越低。換用不同電壓的電源，當(dāng)L、C值不變時(shí)，表針擺動(dòng)的快慢程度相同(僅擺動(dòng)次數(shù)不同)在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上小結(jié)指出LC振蕩電路的固有周

4、期(T)和固有頻率(f)，決定于電路中線圈的電感L和電容器的電容C提出問(wèn)題上述現(xiàn)象如何解釋?zhuān)繗w納指出電容越大，容納電荷就越多，充放電需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，因而周期就長(zhǎng)，頻率就低。線圈的電感L越大，阻礙電流變化的延時(shí)作用就越強(qiáng)，使放電、充電的時(shí)間就越長(zhǎng)，因而周期就越長(zhǎng)，頻率就越低，總而言之，LC電路的周期和頻率由電路本身的性質(zhì)(L、C的值)決定，與電容器的帶電量的多少，電流大小無(wú)關(guān)。3固有周期和固有頻率公式大量精確的實(shí)驗(yàn)和電磁學(xué)理論證明，電磁振蕩的固有周期T，跟LC式中T、f、L、C的單位分別是秒、赫、亨和法(單位符號(hào)是s、Hz、H、F)公式表明，適當(dāng)?shù)剡x擇電容C和電感L，就可以使電路的固有周期和頻

5、率符合我們的各種需要，通常應(yīng)用中是可變電容器和電感線圈組成LC電路，要得到不同周期和頻率的振蕩電流，可通過(guò)改變電容器的電容C來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，亦可通過(guò)改變電感L來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖3所示收音機(jī)中調(diào)節(jié)諧振電路的周期，就是通過(guò)調(diào)節(jié)可變電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的。讓學(xué)生打開(kāi)收音機(jī)，觀察并找到調(diào)諧電容。調(diào)節(jié)調(diào)揩旋鈕時(shí)，觀察動(dòng)片的變化。要求學(xué)生分析旋入動(dòng)片，旋出動(dòng)片時(shí)正對(duì)面積如何變化？電容C大小如何改變？C變化對(duì)周期、頻率大小變化有何關(guān)系4鞏固練習(xí)(含機(jī)動(dòng)內(nèi)容)例1 如圖4所示的LC振蕩電路中，可變電容器C的取值范圍為10pF360pF，線圈的電感L0.10H，求此電路能獲得的振蕩電流的最高頻率多大？最低頻率又為多少？當(dāng)電

6、容C為最大值時(shí)(即C2360pF)振蕩電流的頻率最低，所以由題給條件，即可求得最高和最低頻率，計(jì)算時(shí)注意各量要用相應(yīng)的國(guó)際單位制的主單位。電容C110pF10×10-12F1×10-11F，C2360pF360×10-12F3.6×10-10F則有最高頻率f1和最低頻率f2分別為例2 有一LC振蕩電路，當(dāng)電容調(diào)節(jié)為C20pF時(shí)，能產(chǎn)生頻率為f1=500kHz的振蕩電流，要獲得頻率為f21.0×103kHz的振蕩電流，則可變?nèi)萜鲬?yīng)調(diào)整多大？(設(shè)電感L保持不變)解析 在已知電容C1和固有頻率f1的條件下，根據(jù)公式再應(yīng)用頻率公式，即可求得f2=1&#

7、215;103kHz時(shí)，對(duì)應(yīng)的電容C2值！5×10-11(F)50pF 方法對(duì)，但較繁，有否更簡(jiǎn)便些的求法？應(yīng)用比例法求解較為簡(jiǎn)捷，由公式例3 在圖5(甲)中，LC振蕩電路中規(guī)定圖示電流方向?yàn)殡娏鱥的方向，則振蕩電流隨時(shí)間變化的圖像如圖5(乙)所示那么，電路中各物理量在一個(gè)周期內(nèi)的情況是_時(shí)刻，電容器上帶電量為零_時(shí)刻，線圈中的磁場(chǎng)最強(qiáng)_時(shí)刻，電容器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度值最大_時(shí)刻，電路中電流達(dá)到反向最大值_時(shí)間內(nèi)是對(duì)電容器的充電過(guò)程解析 分析這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是要搞清電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，以及它所對(duì)應(yīng)的物理狀態(tài)和物理量間的關(guān)系，由題圖可知電容器C正在放電，當(dāng)t0時(shí)，C帶電量最多，兩

8、板間電壓最大，電場(chǎng)能也最大，而此時(shí)磁場(chǎng)能最小(為零)，對(duì)應(yīng)的電流i最小(為零)，隨著C放電的持續(xù)，帶電量、電壓、電場(chǎng)能將逐漸減小，而磁場(chǎng)能、電流i將逐漸變大，磁場(chǎng)能、電流達(dá)到最大之后由于電感L和電容C的作用，將對(duì)電容反向充電，直至最大，依此類(lèi)推，故可得知，A、C時(shí)刻電流最大，磁場(chǎng)最強(qiáng)，電場(chǎng)為零，C帶電量為零，當(dāng)電流為零時(shí)(對(duì)應(yīng)圖中的O、B、D)電容器上帶電量最多，相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度值為最大，同理可知C時(shí)刻電流達(dá)到最大，電容經(jīng)過(guò)T/4放電完畢后，緊接著又對(duì)電容反向充電，又經(jīng)T/4，充電到最大值，即帶電量、電壓、電場(chǎng)能達(dá)最大，磁場(chǎng)能、電流變?yōu)榱?，這個(gè)過(guò)程對(duì)應(yīng)著圖中的AB，類(lèi)似的道理可知CD也是對(duì)電容的充電過(guò)程。六、總結(jié)、擴(kuò)展1LC振蕩電路的周期公式，頻率公式要理解其物理含義，它只由電路本身的特性(L、C值)決定，所以叫做固有周期和固有頻率，應(yīng)用中，通過(guò)改變LC回路中的電感L或電容C，周期和頻率也隨之改變，滿(mǎn)足各種需要。2應(yīng)用周期公式、頻率公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要特別注意各個(gè)物理量的單位，常用電容器的單位有微法(F)和皮法(pF)，代入公式時(shí)一定要換為法(F)，電感L的單位有時(shí)是毫亨或微亨(mH或H)，