2021學(xué)年1 電磁振蕩優(yōu)質(zhì)導(dǎo)學(xué)案及答案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

4.1 電磁振蕩學(xué)案一、自主預(yù)習(xí) 1. 振蕩電路中線(xiàn)圈的自感系數(shù)為L(zhǎng)，電容器的電容為C，則電容器兩極板間的電壓從最大值變?yōu)榱悖玫淖钌贂r(shí)間為_(kāi)_______。 2．有甲、乙兩個(gè)LC振蕩電路，線(xiàn)圈的自感系數(shù)相同，甲的電容是乙的10倍，則甲、乙兩振蕩電路的振蕩頻率之比是________。課堂探究情景設(shè)問(wèn) 水波是由機(jī)械振動(dòng)形成的。一顆石子投入水面會(huì)激起一陣漣漪，但是要形成持續(xù)的水波，則需要不斷地?fù)舸蛩妗ｋ娨?、廣播接收的是電磁波，要產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，需要持續(xù)變化的電流。怎樣才能產(chǎn)生這樣的電流呢？新知探究考點(diǎn)一：電磁振蕩的產(chǎn)生 1.定義振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫作振蕩電流。振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。 2.振蕩過(guò)程： (1)放電過(guò)程：開(kāi)關(guān)拋向線(xiàn)圈一側(cè)的瞬間，電路中沒(méi)有電流，電容器兩極板上的電荷最多．電容器開(kāi)始放電后，由于線(xiàn)圈的自感作用，放電電流不能立刻達(dá)到最大值，而是由0逐漸增大，同時(shí)電容器極板上的電荷逐漸減少.放電完畢時(shí)，放電電流達(dá)到最大值，電容器極板上沒(méi)有電荷． (2)充電過(guò)程：電容器放電完畢時(shí)，由于線(xiàn)圈的自感作用，電流并不會(huì)立即減小為0，而要保持原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng)，并逐漸減?。捎陔娏骼^續(xù)流動(dòng)，電容器充電，電容器兩極板帶上與原來(lái)相反的電荷，并且電荷逐漸增多，充電完畢瞬間，電流減小為0，電容器極板上的電荷最多。 4.振蕩電路：（1）定義：由電感線(xiàn)圈L和電容器C所組成的電路就是最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱(chēng)為L(zhǎng)C振蕩電路．（2）LC電磁振蕩的產(chǎn)生原理：電容器充放電和線(xiàn)圈的自感現(xiàn)象共同作用產(chǎn)生的（3）LC電磁振蕩的產(chǎn)生過(guò)程: LC振蕩電路電流的周期性變化、電容器極板上電荷量的周期性變化（3）LC電磁振蕩的特點(diǎn)：LC回路工作過(guò)程具有對(duì)稱(chēng)性和周期性，可歸結(jié)為：兩個(gè)物理過(guò)程：放電過(guò)程：電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，q↓→ I ↑ 充電過(guò)程：磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，q↑ → I ↓ 兩個(gè)特殊狀態(tài)：充電完畢狀態(tài)：磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化完畢，電場(chǎng)能最大，磁場(chǎng)能最小放電完畢狀態(tài)：電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化完畢，磁場(chǎng)能最大，電場(chǎng)能最小考點(diǎn)二：電磁振蕩中的能量變化電磁振蕩：在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程中，電容器極板上的電荷、通過(guò)線(xiàn)圈的電流，以及跟電荷和電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩。 1.阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩無(wú)阻尼振蕩：在電磁振蕩中，如果沒(méi)有能量損失，振蕩電流的振幅保持不變，這種振蕩叫做無(wú)阻尼振蕩，也叫做等幅振蕩。阻尼振蕩：任何電磁振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流的振幅逐漸減小，這種振蕩叫做阻尼振蕩，或叫做減幅振蕩。（1）振蕩電路中的能量損耗有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（產(chǎn)生焦耳熱），還有一部向外輻射出去而損失．（2）如果用振蕩器不斷地將電源的能量補(bǔ)充到振蕩電路中去，就可以保持等幅振蕩。 2． LC電磁振蕩過(guò)程中相關(guān)量與電路狀態(tài)的對(duì)應(yīng)情況 3. LC電磁振蕩的變化規(guī)律： (1)總能量守恒＝電場(chǎng)能＋磁場(chǎng)能＝恒量 (2)電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能交替轉(zhuǎn)化思考與討論：電磁振蕩與機(jī)械振動(dòng)雖然有著本質(zhì)的不同，但它們還是具有一些共同的特點(diǎn)。在機(jī)械振動(dòng)中，例如在單擺的振動(dòng)中，位移x、速度v、加速度a 這幾個(gè)物理量周期性地變化。在電磁振蕩中，電荷量q、電流i、電場(chǎng)強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B這幾個(gè)物理量也在周期性地變化。在機(jī)械振動(dòng)中，動(dòng)能與勢(shì)能周期性地相互轉(zhuǎn)化。那么，在電磁振蕩中，能量是如何轉(zhuǎn)化的解析：在電磁振蕩中，磁場(chǎng)能與電場(chǎng)能周期性地相互轉(zhuǎn)化。考點(diǎn)三：電磁振蕩的周期和頻率 1．周期和頻率： (1)周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間叫做周期。 (2)頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)叫做頻率。如果振蕩電路沒(méi)有能量損失，也不受外界影響，這時(shí)的周期和頻率分別叫做固有周期和固有頻率。 (3)周期和頻率公式：T＝，f＝。 2．在一個(gè)周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場(chǎng)能（或磁場(chǎng)能）完成兩次周期性變化。思考與討論：（1）LC電路的周期（頻率）與哪些因素有關(guān)？（2）電容較大時(shí)，電容器充電、放電的時(shí)間長(zhǎng)些還是短些？線(xiàn)圈的自感系數(shù)較大時(shí)，電容器充電、放電時(shí)間長(zhǎng)些還是短些？根據(jù)上面的討論結(jié)果，定性地講，LC電路的周期（頻率）與電容C、電感L的大小有什么關(guān)系？ 3、LC回路的周期和頻率（1） LC回路的周期和頻率：由回路本身的特性決定．這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡(jiǎn)稱(chēng)振蕩電路的周期（或頻率）。（2）公式： T =2πLC f =12πLC （3）式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz。（4）適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線(xiàn)圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要。例題解析：在 LC 振蕩電路中，線(xiàn)圈 L 的自感系數(shù)為 30 μH，可調(diào)電容器 C 的可調(diào)范圍為1.2 ? 270 pF。求振蕩電路的頻率范圍解析：根據(jù)LC振蕩電路的頻率公式 f1=12πLC=12π30×10?6×1.2×10?12HZ=2.65×107HZ f2=12πLC=12π30×10?6×270×10?12 HZ=1.77×106 HZ 此振蕩電路的頻率范圍是 1.77×106 ? 2.65×107 Hz。思考與討論：電容較大時(shí)，電容器充電、放電的時(shí)間會(huì)長(zhǎng)些還是短些？線(xiàn)圈的自感系數(shù)較大時(shí)，電容器充電、放電的時(shí)間會(huì)長(zhǎng)些還是短些？根據(jù)討論結(jié)果，定性分析 LC 電路的周期（頻率）與電容 C、電感 L 的關(guān)系。解析：LC電路的周期T與自感系數(shù)L、電容C的關(guān)系是：T=2πLC 由于周期跟頻數(shù)互為倒數(shù)，即f=1T，所以：f =12πLC 式中的T、f、L、C的單位分別是秒（s）、赫茲（Hz）、亨利（H）、法拉（F）。由以上兩式可知，適當(dāng)?shù)倪x擇電容器和線(xiàn)圈，就可以使振蕩電路的周期和頻率符合我們的需要。也可以用可變電容器或可變電感的線(xiàn)圈組成電路，改變電容器的電容或線(xiàn)圈的電感，振蕩電路的周期和頻率就跟著改變。三、典例精講例1要使LC振蕩電路的頻率增大，可采用的方法是（　　） A．減小電容器兩極板上所帶電荷量 B．增大電容器兩極板間的距離 C．增大電容器兩極板間的正對(duì)面積 D．減小電容器兩極板間的距離例2如圖所示為某時(shí)刻LC振蕩電路所處的狀態(tài)，則該時(shí)刻（　?。?A．振蕩電流i在增大 B．電容器正在放電 C．磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化 D．極板間的場(chǎng)強(qiáng)在減小四、核心素養(yǎng)專(zhuān)練 1. 下列幾種方法中，能提高LC振蕩電路頻率的是（　?。?A．增大電容器極板的正對(duì)面積 B．升高電容器的充電電壓 C．減少線(xiàn)圈的匝數(shù) D．在線(xiàn)圈中插入軟鐵棒 2. 如圖所示為某時(shí)刻LC振蕩電路所處的狀態(tài)，則該時(shí)刻（　?。?A．振蕩電流i在增大 B．電容器正在放電 C．電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化 D．磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化 3. 如圖所示是LC振蕩電路及其中產(chǎn)生的振蕩電流隨時(shí)間變化的圖象，電流的正方向規(guī)定為順時(shí)針?lè)较?，則在t1到t2時(shí)間內(nèi)，電容器C的極板上所帶電量及其變化情況是（　　） A．上極板帶正電，且電量逐漸增加 B．上極板帶正電，且電量逐漸減小 C．下極板帶正電，且電量逐漸增加 D．下極板帶正電，且電量逐漸減小 4. 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(xiàn)圈的匝數(shù) D．在線(xiàn)圈中插入鐵芯五、參考答案自主預(yù)習(xí) 1. ；2. 典例精講例1. 要使LC振蕩電路的頻率增大，根據(jù)公式T=2πLC ，可減小線(xiàn)圈的自感系數(shù)L或減小電容器的電容C； A、減小電容器兩極板上所帶電荷量，不會(huì)改變電容大小，故A錯(cuò)誤； B、增大電容器兩極板間的距離可以減小電容，故B正確； C、增大電容器兩極板的正對(duì)面積可以增加電容，故C錯(cuò)誤； D、減小電容器兩極板間的距離，則增大電容，故D錯(cuò)誤；故選：B。例2. 通過(guò)圖示電流方向，知電容器在充電，振蕩電流減小，電容器上的電荷量正在增大，兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)在增大，磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化。故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。故選：C。核心素養(yǎng)專(zhuān)練 1．要使LC振蕩電路的頻率增大，根據(jù)公式T=2πLC ，可減小線(xiàn)圈的自感系數(shù)L或減小電容器的電容C； A、增大電容器兩極板的正對(duì)面積可以增加電容，故A錯(cuò)誤； B、升高電容器的充電電壓對(duì)頻率沒(méi)有影響，故B錯(cuò)誤； C、減少線(xiàn)圈的匝數(shù)會(huì)減小自感系數(shù)，故C正確； D、在線(xiàn)圈中插入鐵芯會(huì)增加自感系數(shù)，故D錯(cuò)誤；故選：C。 2．通過(guò)圖示電流方向?yàn)殡娏髁飨蛘龢O板，知電容器在充電，振蕩電流減小，電容器上的電荷量正在增大，磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化。故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。故選：D。 3． t1到t2時(shí)間內(nèi)，電流為負(fù)且增大，即逆時(shí)針增大，說(shuō)明該過(guò)程是放電的過(guò)程，且負(fù)電荷正由下極板向上極板移動(dòng)，由此可知上極板帶正電，且其所帶正電荷量逐漸減小。所以選項(xiàng)B正確，其他選項(xiàng)錯(cuò)誤。故選：B。 4．A、振蕩電流的頻率由LC回路本身的特性決定，f=1/2π√LC ．增大電容器兩極板的間距，電容減小，振蕩電流的頻率升高，故A正確； B、升高電容器的充電電壓不能改變振蕩電流的頻率，故B錯(cuò)誤； CD、增加線(xiàn)圈匝數(shù)和插入鐵芯，電感L都增大，振蕩電流的頻率降低，故C錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤。故選：A。

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