1电磁振荡电磁振荡课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破素养素养目目标定位定位随随 堂堂 训 练素养目标定位目目 标标 素素 养养1.知道什么是知道什么是LC振荡电路和振荡电流。振荡电路和振荡电流。2.知道知道LC振荡电路中电磁振荡的产生过程振荡电路中电磁振荡的产生过程,知道电磁振荡过知道电磁振荡过程中能量转化情况。程中能量转化情况。3.知道电磁振荡的周期和频率知道电磁振荡的周期和频率,知道知道LC振荡电路的周期和频振荡电路的周期和频率与哪些因素有关率与哪些因素有关,并会进行相关的计算。并会进行相关的计算。知知 识识 概概 览览课前基础认知一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生1.振荡电流振荡电流:大小和大小和方向方向都做周期性迅速变化的电流。都做周期性迅速变化的电流。2.振荡电路振荡电路:产生产生振荡电流振荡电流的电路。最简单的振荡电路为的电路。最简单的振荡电路为LC振荡电路。振荡电路。3.电容器放电电容器放电:由于线圈的由于线圈的自感自感作用作用,放电电流不能立刻达到放电电流不能立刻达到最大值最大值,而是由而是由0逐渐增大逐渐增大,同时电容器极板上的电荷逐渐同时电容器极板上的电荷逐渐减少减少。放电完毕时放电完毕时,放电电流达到放电电流达到最大值最大值,电容器极板上没有电荷。电容器极板上没有电荷。4.电容器充电电容器充电:电容器放电完毕时电容器放电完毕时,由于线圈的由于线圈的自感自感作用作用,电流电流并不会立刻减小为并不会立刻减小为0,而要保持原来的方向继续流动而要保持原来的方向继续流动,并逐渐减并逐渐减小。由于电流继续流动小。由于电流继续流动,电容器电容器充电充电,电容器两极板带上与原电容器两极板带上与原来来相反相反的电荷的电荷,并且电荷逐渐并且电荷逐渐增多增多。充电完毕的瞬间。充电完毕的瞬间,电流减电流减小为小为0,电容器极板上的电荷电容器极板上的电荷最多最多。5.电磁振荡电磁振荡:在整个过程中在整个过程中,电路中的电流电路中的电流i、电容器极板上的、电容器极板上的电荷量电荷量q、电容器里的电场强度、电容器里的电场强度E、线圈里的、线圈里的磁感应强度磁感应强度B,都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。微判断微判断1(1)LC回路电容器放电开始时回路电容器放电开始时,电流最大。电流最大。()(2)LC回路电容器放电完毕时回路电容器放电完毕时,线圈的磁场最强。线圈的磁场最强。()(3)LC回路电容器放电过程中回路电容器放电过程中,电容器中的电场强度逐渐减小电容器中的电场强度逐渐减小。()(4)LC振荡电路的电流为零时振荡电路的电流为零时,线圈中的自感电动势最大线圈中的自感电动势最大。()二、电磁振荡中的能量变化二、电磁振荡中的能量变化1.电容器刚要放电时电容器刚要放电时,电路里的能量全部储存在电容器的电路里的能量全部储存在电容器的电场电场中中;电容器开始放电后电容器开始放电后,电场电场能逐渐转化为能逐渐转化为磁场磁场能能;在放电完毕在放电完毕的瞬间的瞬间,电场能电场能全部全部转化为磁场能。转化为磁场能。2.电容器充电时电容器充电时,磁场磁场能逐渐转化为能逐渐转化为电场电场能能;反向充电完毕的反向充电完毕的瞬间瞬间,磁场能磁场能全部全部转化为电场能。转化为电场能。微思考微思考右图为右图为LC振荡电路某时刻的情况振荡电路某时刻的情况,回答以下问题回答以下问题:(1)电容器正在充电还是放电电容器正在充电还是放电?(2)电感线圈中磁场能正在增大电感线圈中磁场能正在增大还是减小还是减小?(3)此时刻自感电动势与电流方向相同还是相反此时刻自感电动势与电流方向相同还是相反?提示提示:(1)放电放电(2)增大增大(3)相反相反电容器下极板带正电荷电容器下极板带正电荷,上极板带负电荷上极板带负电荷,根据根据线圈中磁感应线的方向可确定此时回路中电流线圈中磁感应线的方向可确定此时回路中电流为逆时针方向为逆时针方向,从而说明电容器正在放电从而说明电容器正在放电,电流电流增大增大,电感线圈中的磁场能正在增大。根据楞次电感线圈中的磁场能正在增大。根据楞次定律判断定律判断,此时刻自感电动势与电流方向相反。此时刻自感电动势与电流方向相反。三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率1.周期周期:电磁振荡完成一次电磁振荡完成一次周期性变化周期性变化需要的时间。需要的时间。2.频率频率:电磁振荡完成电磁振荡完成周期性变化周期性变化的次数与所用时间之比的次数与所用时间之比,数数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。4.如果振荡电路没有能量损失如果振荡电路没有能量损失,也不受其他外界条件影响也不受其他外界条件影响,这这时的周期和频率叫作振荡电路的时的周期和频率叫作振荡电路的固有固有周期和周期和固有固有频率频率,简称简称振荡电路的周期和频率。振荡电路的周期和频率。微判断微判断2(1)LC振荡电路的电容器放电完毕时振荡电路的电容器放电完毕时,回路中磁场能回路中磁场能最小。最小。()(2)LC振荡电路放电电流最大时振荡电路放电电流最大时,线圈中的自感电动势最大线圈中的自感电动势最大。()(3)LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍倍,振荡周期振荡周期增大为原来的增大为原来的2倍。倍。()(4)提高充电电压提高充电电压,极板上带更多的电荷时极板上带更多的电荷时,能使振荡周期变大能使振荡周期变大。()课堂重难突破一一 电磁振磁振荡的的过程程重难归纳1.电磁振荡过程中各物理量的变化。电磁振荡过程中各物理量的变化。2.LC电磁振荡的特点。电磁振荡的特点。LC电路工作过程具有对称性和周期性电路工作过程具有对称性和周期性,可归结为可归结为:(1)两个物理过程两个物理过程:放电过程放电过程:电场能转化为磁场能电场能转化为磁场能,qi。充电过程充电过程:磁场能转化为电场能磁场能转化为电场能,iq。(2)两个特殊状态两个特殊状态:充电完毕状态充电完毕状态:磁场能向电场能转化完毕磁场能向电场能转化完毕,电场能最大电场能最大,磁场能磁场能最小。最小。放电完毕状态放电完毕状态:电场能向磁场能转化完毕电场能向磁场能转化完毕,磁场能最大磁场能最大,电场能电场能最小。最小。3.LC电磁振荡能量变化规律。电磁振荡能量变化规律。(1)总能量总能量=电场能电场能+磁场能磁场能=恒量。恒量。(2)电场能与磁场能交替转化。电场能与磁场能交替转化。4.LC电磁振荡过程中各物理量的变化图像电磁振荡过程中各物理量的变化图像(以本栏目以本栏目1中图甲中图甲为例为例,从电容器放电开始计时从电容器放电开始计时)。甲甲以顺时针以顺时针方向方向电流电流为为正正 乙乙图中图中q为为上面上面极板极板的电荷量的电荷量丙丙图中图中E以垂直于以垂直于极板极板向下向下为正方向为正方向丁丁以竖直以竖直向上向上为为B正方向正方向戊戊电场能随时电场能随时间间变化变化的图像的图像己己磁场能随时磁场能随时间间变化变化的图像的图像如图所示如图所示,将开关将开关S掷向掷向1,先给电容器充电先给电容器充电,再将开关掷向再将开关掷向2。(1)电容器通过线圈放电过程中电容器通过线圈放电过程中,线圈中的电流怎样变化线圈中的电流怎样变化?电容电容器的电场能转化为什么形式的能器的电场能转化为什么形式的能?(2)在电容器反向充电过程中在电容器反向充电过程中,线圈中电流如何变化线圈中电流如何变化?电容器和电容器和线圈中的能量是如何转化的线圈中的能量是如何转化的?提示提示:(1)电容器放电过程中电容器放电过程中,线圈中的电流逐渐增大线圈中的电流逐渐增大,电容器的电容器的电场能转化为磁场能。电场能转化为磁场能。(2)在电容器反向充电过程中在电容器反向充电过程中,线圈中线圈中电流逐渐减小电流逐渐减小,线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。典例剖析【例【例1】(多选多选)LC振荡电路中振荡电路中,某时刻的磁场方向如图所示某时刻的磁场方向如图所示,则则()A.若磁场正在减弱若磁场正在减弱,则电容器正在充电则电容器正在充电,电流方向由电流方向由b向向aB.若磁场正在减弱若磁场正在减弱,则电场能正在增大则电场能正在增大,电容器上极板带负电电容器上极板带负电C.若磁场正在增强若磁场正在增强,则电场能正在减少则电场能正在减少,电容器上极板带正电电容器上极板带正电D.若磁场正在增强若磁场正在增强,则电容器正在充电则电容器正在充电,电流方向由电流方向由a向向b答案答案:ABC解析解析:若磁场正在减弱若磁场正在减弱,则电流在减小则电流在减小,是充电过程是充电过程,根据安培定根据安培定则可确定电流由则可确定电流由b向向a,电场能增大电场能增大,上极板带负电上极板带负电,选项选项A、B正正确。若磁场正在增强确。若磁场正在增强,则电流在增大则电流在增大,是放电过程是放电过程,电场能正在电场能正在减少减少,根据安培定则根据安培定则,可判断电流由可判断电流由b向向a,上极板带正电上极板带正电,选项选项C正确正确,D错误。错误。规律方法规律方法LC振荡电路充、放电过程的判断方法振荡电路充、放电过程的判断方法:(1)根据电流流向判断根据电流流向判断:当电流流向带正电的极板时当电流流向带正电的极板时,处于充电处于充电过程过程;反之反之,处于放电过程。处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断根据物理量的变化趋势判断:当电容器的电荷量当电容器的电荷量q(U、E)增增大时大时,处于充电过程处于充电过程;反之反之,处于放电过程。处于放电过程。(3)根据能量判断根据能量判断:电场能增加时电场能增加时,充电充电;磁场能增加时磁场能增加时,放电放电。学以致用1.(多选多选)如图所示如图所示,L为一电阻可忽略的线圈为一电阻可忽略的线圈,D为一灯泡为一灯泡,C为为电容器电容器,开关开关S处于闭合状态处于闭合状态,灯泡灯泡D正常发光。现突然断开正常发光。现突然断开S,并开始计时并开始计时,能正确反映电容器能正确反映电容器a极板上电荷量极板上电荷量q及及LC回路中回路中电流电流i(规定顺时针方向为正规定顺时针方向为正)随时间变化的图像是随时间变化的图像是(图中图中q为正为正值表示值表示a极板带正电极板带正电)()答案答案:BC 解析解析:S断开前断开前,电容器电容器C短路短路,线圈中电流从上向下线圈中电流从上向下,电容器不电容器不带电带电;S断开时断开时,线圈线圈L中产生自感电动势中产生自感电动势,阻碍电流减小阻碍电流减小,电容电容器器C充电充电,此时此时LC电路中电流电路中电流i沿顺时针方向沿顺时针方向(正向正向)最大最大;电容电容器充电过程器充电过程,电容器带电荷量最大时电容器带电荷量最大时(a极板带负电极板带负电),线圈线圈L中中电流减为零。此后电流减为零。此后,LC电路发生电磁振荡形成交变电流。综电路发生电磁振荡形成交变电流。综上所述上所述,选项选项B、C正确。正确。二二 电磁振磁振荡的周期和的周期和频率率重难归纳 3.对对LC电路周期和频率的理解。电路周期和频率的理解。(1)LC电路的周期、频率都由电路本身的特性电路的周期、频率都由电路本身的特性(L和和C的值的值)决决定定,与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否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接入电路中等因素无关,所以称为所以称为LC电路的固有周期和固有电路的固有周期和固有频率。频率。(2)使用周期公式时使用周期公式时,一定要注意单位一定要注意单位,T、L、C、f的单位分别的单位分别是秒是秒(s)、亨、亨(H)、法、法(F)、赫、赫(Hz)。(3)线圈线圈L和电容器和电容器C在在LC振荡电路中既是能量的转换器振荡电路中既是能量的转换器,又决又决定着这种转换的快慢定着这种转换的快慢,L或或C越大越大,能量转换时间也越长能量转换时间也越长,故周期故周期也越长。也越长。右图为一右图为一LC振荡电路。先将振荡电路。先将S掷向掷向1给电容器充电给电容