【课件】电磁振荡+课件高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.pptx

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1、第四章电磁振荡与电磁波旅行者1号探测器是目前离地球最远的人造天体，它给我们发回了上万张神秘宇宙的照片。1990年2月14日，已经完成主要任务的旅行者1号在距离地球60亿千米之外接到了来自地球的指示，调转照相机，朝着地球的方向拍摄了一组照片。在传回地球的照片中，我们的地球是一个极小的暗淡蓝点，看不出与其他星球的区别。时至今日，我们仍然能够接收到200亿千米之外旅行者1号发来的信息。电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，极大地改变了人们的生活，开阔了我们的视野。4.1电磁振荡 水波水波是由机械振动形成的。一颗石子是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持投入水面会激起一阵涟

2、漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。电视、续的水波，则需要不断地击打水面。电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？这样的电流呢？新课导入不断地击打水面 把把线线圈圈、电电容容器器、电电源源和和单单刀刀双双掷掷开开关关按按照照图图连连成成电电路路。把把电电压压传传感感器器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。先先把把开开关关置置于于电电源源一一侧侧，为为电电容容器器充充电电;稍稍后后再再把把开开关关置置于于线线圈圈一

3、一侧侧，使使电容器通过线圈放电。观察电脑显器显示的电压波形。电容器通过线圈放电。观察电脑显器显示的电压波形。演 示观察振荡电路中电压的波形ECSL观察振荡观察振荡电路电流变化情况电路电流变化情况动画模拟动画模拟实验现象实验现象 大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流 产生振荡电流的电路叫作振荡电路。由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。问题：为什么会产生振荡电流？一.电磁振荡的产生1.振荡电流：2.振荡电路：3.LC振荡电路：想一想与交流电有何区别？想一想与交流电有何区别？4 4.振荡电路的工作原理振荡电路的工作原理电磁振荡的电磁振荡的充放电过程充放

4、电过程+-+-+-+-+-正向放电正向放电正向正向充电充电反向放电反向放电反向反向充电充电电容器充电结束电容器充电结束，两极板上的，两极板上的电荷最多电荷最多。回路中回路中电流电流从从0 0开始逐渐增到最大开始逐渐增到最大。两极板。两极板电荷量电荷量从从最大减为最大减为0 0。自感线圈给电容器自感线圈给电容器正正向充电向充电结束结束，回路中，回路中电流电流从从最大减为最大减为0 0，两极板，两极板电荷量电荷量从从0 0变回变回最大最大。自感线圈给电容器自感线圈给电容器反反向充电向充电，于是整个电路回到最开始状态。，于是整个电路回到最开始状态。电容开始反向放电电容开始反向放电一.电磁振荡的产生

5、电磁振荡电磁振荡的图象分析的图象分析电流电流i i0 0t t+-电容器电容器电量电量q q0 0t t+-+-+-+-正向放电正向放电正向充电正向充电反向放电反向放电反向充电反向充电4 4.振荡电路的工作原理振荡电路的工作原理一.电磁振荡的产生放电 充电 放电 充电正向充电结束准备放电，此时电量最大电场能最大，电流为零磁场能为零，充电时由于自感电流不会突然增加。tq/i0放电结束，电路中电流最大磁场能最大，电量为零电场能为零，由于自感电流不会立即消失，开始反向充电。反向充电结束准备放电，此时电量最大电场能最大，电流为零磁场能为零，充电时由于自感电流不会突然增加。放电结束，电路中电流最大磁场能

6、最大，电量为零电场能为零，由于自感电流不会立即消失，开始正向充电。正向充电结束准备放电，此时电量最大电场能最大，电流为零磁场能为零，充电时由于自感电流不会突然增加。周而复始这样不断地充电和放电，电路中就出现了大小、方向都在变化的电流，即出现了振荡电流。一.电磁振荡的产生二二二二、电磁振荡中的能量变化、电磁振荡中的能量变化、电磁振荡中的能量变化、电磁振荡中的能量变化i 0tB 0tq q 0 0t tE E 0 0t t时时间间 t电电 流流 i电电量量 q电电场场能能磁磁场场能能0零零最大最大最大最大最大最大零零零零零零零零零零零零零零最大最大最大最大最大最大最大最大最大最大最大最大 最大最大

7、零零零零 在整个过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。思考与讨论：思考与讨论：在在电电磁磁振振荡荡中中，能能量是如何转化的量是如何转化的?5.电磁振荡：B B 0tE E 电磁振荡的过程中电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生电场能和磁场能发生周期性周期性的转化的转化t0磁磁场场能能 电电场场能能 电场能电场能磁场能磁场能充电充电磁感强度磁感强度B电容器带电量电容器带电量电路中电流电路中电流i同同步步变变化化同同步步变变化化两极间场强两极间场强E放放电电步调相反步调相反Q Q、B B、i i、E E变

8、化周期变化周期T T电场能、磁场能变化电场能、磁场能变化周期周期二.电磁振荡的能量电场能电场能所以所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性周期性的转化。的转化。磁场能磁场能电场能电场能磁场能磁场能电场能电场能电场能电场能磁场能磁场能充电充电磁感强度磁感强度B电容器带电量电容器带电量电路中电流电路中电流同同步步变变化化同同步步变变化化步调相反步调相反两极间场强两极间场强E二.电磁振荡的能量1.LC振荡电路规律总结：电量电流都是按正弦规律周期性变化的，充电时q减小，i增大，放电时i减小，q增大电量q与电场强度E、电场能E电对应，电流i与磁感应强

9、度B、磁场能E磁对应，也在周期性变化，总能量E不变。二.电磁振荡的能量理想情况理想情况能量有损耗能量有损耗 如如果果能能够够适适时时地地把把能能量量补补充充到到振振荡荡电电路路中中，以以补补偿偿能能量量损损耗耗，就就可可以以得得到到振振幅幅不不变变的的等等幅幅振振荡荡。实实际际电电路路中中由由电电源源通通过过电电子子器器件件为为LCLC电电路补充能量。路补充能量。内能内能电磁波电磁波二.电磁振荡的能量2.无阻尼振荡与阻尼振荡无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，也叫做等幅振荡。阻尼振荡：任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐

10、渐减小，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡。阻尼振荡时一部分能量转化成热量，一部分能量变成电磁波辐射出去。如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡。二.电磁振荡的能量周期：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所需的时间。所需的时间。频率：频率：一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率。一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率。电电容容较较大大时时，电电容容器器充充电电、放放电电的的时时间间会会长长些些还还是是短短些些?线线圈圈的的自自感感系系数数较较大大时时，电电容容器器充充电电、放放电电的的时时间间会会长长些些还还是是短短些些？根根据据讨讨论论结果，定

11、性分析结果，定性分析LC电路的周期（频率）与电容电路的周期（频率）与电容 C、电感、电感L的关系。的关系。三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率实实实实 验验验验 L1L2C1C2 振荡周期振荡周期T1T2理论分析表明，LC 电路的周期T与电感L、电容C的关系是：三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率理论分析表明，理论分析表明，LCLC电路的周期电路的周期T T与电感与电感L L、电容、电容C C的关系是的关系是式中各物理量式中各物理量T、L、C、f的的单位单位分别是分别是s、H、F、Hz。改变改变周期的方法周期的方法：L L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯。线圈的大小、形状

12、、匝数、铁芯。注意注意：在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化。场能）完成两次周期性变化。三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率由振荡回路本身特性所决定的振荡周期和频率由振荡回路本身特性所决定的振荡周期和频率，叫做振荡电路的，叫做振荡电路的固有周固有周期期和和固有频率固有频率，简称振荡电路的周期和频率。，简称振荡电路的周期和频率。三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率例1.LC回路中电容器两端的电压随时间变化的关系如图所示,则：()A.在时刻t1,电路中的电流最大B.在时刻t2,电路中的磁

13、场能最大C.在时刻t2至t3,电路中电场能不断增大D.在时刻t3至t4,电容的带电量不断增大典型例题BC例2.如图，所示的LC振荡电路，当电键K打向右边发生振荡后，下列说法中正确的是（）A振荡电流达到最大值时，电容器上带电量为零B振荡电流达到最大值时，磁场能最大C振荡电流为零时，电场能为零D振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半典型例题ABD3例4.（多选）如图所示的振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路的电流正在增强则此时（）Aa点电势比b点低B电容器两极板间场强正在减小C电路中电场能正在增大D线圈中感应电动势正在减小 典型例题ABD例5.(多选)如图所示电路中，电容器的电容

14、为C，电感线圈的自感为L，线圈的电阻忽略不计，原来开关S闭合，现从开关S断开的瞬间开始计时，以下说法正确的是()At0时刻，电容器的左板带负电，右板带正电Bt 时刻，线圈L的感应电动势最大Ct 时刻，通过线圈L的电流最大，方向向左Dt 时刻，电容器C两极板间电压最大典型例题BD例6.如图所示，LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则（）A.A板带正电B.AB两板间的电压在增大C.电容器C正在充电D.电场能正在转化为磁场能例7.在一个LC振荡电路中，电流i随时间而变化的规率为i=0.01sin1000t(A)，已知电容器的电容量为20F，求电感线圈的自感系数是多大？答案:0

15、.05亨 典型例题D课堂小结1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路。振荡电路：能够产生振荡电流的电路。3.LC振荡电路：振荡电路：当开关置于线圈一侧时，由电感线圈当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容和电容C组成的电路，组成的电路，就是最简单的振荡电路。就是最简单的振荡电路。4.电磁振荡：电磁振荡：在在整个过程中，电路中的电流整个过程中，电路中的电流i、电荷量、电荷量q、电场强度、电场强度E、磁感应、磁感应强度强度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。5.电磁振荡的周期和频率电磁振荡的周期和频率