【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解電磁振蕩。2．體會(huì)LC振蕩電路中電荷、電場(chǎng)、電流、磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程及其相關(guān)物理量的變化情況。3．了解LC振蕩電路固有周期和固有頻率的公式，了解實(shí)際生產(chǎn)生活中調(diào)節(jié)振蕩電路頻率的基本方法。
1．振蕩電流大小和方向都做________迅速變化的電流，叫做振蕩電流。2．振蕩電路能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做__________。
3．振蕩過(guò)程如圖所示，將開(kāi)關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開(kāi)關(guān)擲向2，從此時(shí)起，電容器要對(duì)線圈放電：
(1)放電過(guò)程：由于線圈的______作用放電電流不能立刻達(dá)到最大值，由0逐漸增大，同時(shí)電容器極板上的電荷______。放電完畢時(shí)，極板上的電荷為零，放電電流達(dá)到______。
(2)充電過(guò)程：電容器放電完畢，由于線圈的______作用，電流并不會(huì)立刻消失，而要保持原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng)，并逐漸減小，電容器開(kāi)始__________，極板上的電荷逐漸______，當(dāng)電流減小到零時(shí)，充電結(jié)束，極板上的電荷量達(dá)到______。此后電容器再放電、再充電，周而復(fù)始，于是電路中就有了周期性變化的振蕩電流。
1．電容器放電過(guò)程中從能量的觀點(diǎn)來(lái)看，電容器剛要放電時(shí)，電路里的能量全部?jī)?chǔ)存在電容器的________，電容器放電的過(guò)程，就是________逐漸轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______的過(guò)程。2．電容器充電過(guò)程中從能量的觀點(diǎn)來(lái)看：在充電的過(guò)程中，________逐漸轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______。3．在電磁振蕩的過(guò)程中，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能會(huì)發(fā)生________的轉(zhuǎn)化。如果沒(méi)有能量損失，振蕩可以永遠(yuǎn)持續(xù)下去，振蕩電流的______保持不變。
1．周期電磁振蕩完成一次____________需要的時(shí)間叫做周期。2．頻率單位時(shí)間內(nèi)完成的________變化的次數(shù)叫做頻率。3．固有周期和固有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______周期和______頻率。
『判一判』(1)LC振蕩電路是最簡(jiǎn)單的振蕩電路。(　　)(2)在LC振蕩電路里，隨著電容器的充放電，電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能不斷地轉(zhuǎn)化。(　　)(3)改變振蕩電路中電容器的電容或線圈的電感，就可以改變振蕩電路的周期。(　　)(4)在LC振蕩電路中，電流增大的過(guò)程中電容器放電，磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能都減小。(　　)(5)實(shí)際的LC振蕩是阻尼振蕩，如果要實(shí)現(xiàn)等幅振蕩，必須有能量補(bǔ)充到電路中。(　　)
『選一選』(多選)一臺(tái)電子鐘，是利用LC振蕩電路來(lái)制成的，在家使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)每晝夜總是快1 min，造成這種現(xiàn)象的可能原因是(　　)
A．L不變C變大了B．L不變C變小了C．L變小了C不變D．L、C均減小了
『想一想』課本演示實(shí)驗(yàn)中得到的電壓如圖所示，該電流是振蕩電流嗎？
解析：是，演示實(shí)驗(yàn)中電壓、電流都做周期性變化，只是由于電路中能量損耗，振幅在變小是阻尼振動(dòng)是振蕩電流。
音叉的振動(dòng)產(chǎn)生聲音，但是要形成持續(xù)的聲音，則需要不斷地打擊音叉。手機(jī)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？
電磁振蕩的產(chǎn)生及能量轉(zhuǎn)化
提示：要產(chǎn)生持續(xù)變化的電流，可以通過(guò)線圈和電容器組成的振蕩電路實(shí)現(xiàn)。
1．電磁振蕩的產(chǎn)生過(guò)程在振蕩電路里產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程中，電容器極板上的電荷量、通過(guò)線圈的電流以及跟電流和電荷量相聯(lián)系的磁場(chǎng)和電場(chǎng)都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩。振蕩過(guò)程中的充放電過(guò)程如下圖所示。
2．電磁振蕩過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化LC回路中電磁振蕩中能量轉(zhuǎn)化可用下圖表示。(圖中表示增加，表示減少)
(多選)如圖表示LC振蕩電路某時(shí)刻的情況，以下說(shuō)法正確的是(　　)A．電容器正在充電B．電感線圈中的磁場(chǎng)能正在增加C．電感線圈中的電流正在增大D．此時(shí)刻自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大
解析：由圖中磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和安培定則可知，此時(shí)電流向著電容器帶負(fù)電的極板流動(dòng)，也就是電容器處于放電過(guò)程中，這時(shí)兩極板電荷量和電壓、電場(chǎng)能處于減少過(guò)程，而電流和線圈中磁場(chǎng)能處于增加過(guò)程，由楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加。綜上所述，B、C、D正確。
1．如圖所示，L是不計(jì)電阻的電感器，C是電容器，閉合開(kāi)關(guān)K，待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K，LC電路中將產(chǎn)生電磁振蕩。如果規(guī)定電感L中的電流方向從a到b為正，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K的時(shí)刻為t＝0，那么下列四個(gè)圖中能夠正確表示電感中的電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是(　　)
解析：在沒(méi)有斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，電流是從a流向b，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，電流要減小，而線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流減少，則電流方向不變，大小在慢慢減小，當(dāng)電容器充電完畢時(shí)，電流為零，接著電容器放電，電流方向與之前相反，大小在不斷增大，故選B。
如圖所示電路叫做電磁振蕩電路，又叫做LC回路。給該電路提供能量后，利用電容器的充放電和線圈產(chǎn)生的自感作用，可以產(chǎn)生振蕩電流，請(qǐng)思考：該振蕩電流的周期和頻率與哪些因素有關(guān)？提示：與電感線圈的自感系數(shù)L和電容器的電容C有關(guān)。
(1)LC回路的周期、頻率都由電路本身的特性(L和C的值)決定，與電容器極板上電荷量的多少、板間電壓的高低、是否接入電路中等因素?zé)o關(guān)，所以稱為L(zhǎng)C電路的固有周期或固有頻率。(2)使用周期公式時(shí)，一定要注意單位，T、L、C、f的單位分別是秒(s)、亨(H)、法(F)、赫(Hz)。
　(多選)如圖所示的電路中，自感線圈的自感系數(shù)為L(zhǎng)，電容器的電容為C，電源電動(dòng)勢(shì)為E，今將開(kāi)關(guān)S由1扳到2，從這一時(shí)刻起(　　)
思路引導(dǎo)：(1)LC振蕩電路一個(gè)周期內(nèi)充電、放電各兩次，對(duì)應(yīng)的i、B、E大小、方向也有兩次變化。(2)LC振蕩電路一個(gè)周期內(nèi)電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化各有兩次。
2．(多選)要增大如圖所示振蕩電路的頻率，下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．減少電容器的帶電荷量B．將開(kāi)關(guān)S從“1”位置撥到“2”位置C．在線圈中插入磁鐵棒芯D．將電容器的動(dòng)片旋出些
一、振蕩電路中幾個(gè)物理量的變化步調(diào)1．同步同變關(guān)系①電容器上的物理量：電荷量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同步變化的，即q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)②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i↓→B↓→EB↓→(或i↑→B↑→EB↑)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增大時(shí)，線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB減小
二、LC振蕩電路充、放電過(guò)程的判斷方法1．根據(jù)電流流向判斷，當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，處于充電過(guò)程；反之，處于放電過(guò)程。2．根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷：當(dāng)電容器的電荷量q(電勢(shì)差U、電場(chǎng)強(qiáng)度E)增大時(shí)，處于充電過(guò)程；反之，處于放電過(guò)程。3．根據(jù)能量判斷：電場(chǎng)能增加時(shí)，充電；磁場(chǎng)能增加時(shí)，放電。
解析：由題圖可判斷：t1時(shí)刻正在放電，電流應(yīng)處在增大狀態(tài)；t2時(shí)刻正在充電，電流應(yīng)處在減小狀態(tài)，故選項(xiàng)B、C正確，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤。
1．(2021·安徽省蚌埠市第五中學(xué)高二下學(xué)期檢測(cè))在LC振蕩電路中，某時(shí)刻線圈中的磁場(chǎng)和電容器中的電場(chǎng)如圖所示，則此時(shí)刻(　　)A．電容器正在充電B．振蕩電流正在增大C．線圈中的磁場(chǎng)正減弱D．磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化
解析：由題圖可知，此時(shí)刻電容器正在放電，電路中電流正在增大，線圈中的磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。
2．(多選)(2020·江蘇省南通中學(xué)高二下學(xué)期線上測(cè)試)如圖所示的LC振蕩回路，當(dāng)開(kāi)關(guān)S轉(zhuǎn)向右邊發(fā)生振蕩后，下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．振蕩電流達(dá)到最大值時(shí)，電容器上的帶電荷量為零B．振蕩電流達(dá)到最大值時(shí)，磁場(chǎng)能最大C．振蕩電流為零時(shí)，電場(chǎng)能為零D．振蕩電流相鄰兩次為零的時(shí)間間隔等于振蕩周期的一半
解析：當(dāng)電流達(dá)最大時(shí)，此時(shí)磁場(chǎng)能最大，電場(chǎng)能最小，電容器上的帶電量為零；故AB正確；當(dāng)電流為零時(shí)，充電完成，此時(shí)磁場(chǎng)能為零；電場(chǎng)能最大；故C錯(cuò)誤；由振蕩電路的周期性可知，振蕩電流相鄰兩次為零，時(shí)間間隔等于振蕩周期的一半；故D正確。
3．(2021·華中師大一附中高二下學(xué)期期中)如圖所示的電路中，L是電阻不計(jì)的電感線圈，C是電容器(原來(lái)不帶電)，閉合開(kāi)關(guān)S，待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，LC回路中將產(chǎn)生電磁振蕩。如果規(guī)定電感L中的電流方向從a到b為正，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)刻為t＝0，那么斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后(　　)
A．圖甲可以表示電感線圈中的電流i隨時(shí)間t的變化規(guī)律B．圖乙可以表示電感線圈中的電流i隨時(shí)間t的變化規(guī)律C．圖甲可以表示電容器左極板的電荷量q隨時(shí)間t的變化規(guī)律D．圖乙可以表示電容器右極板的電荷量q隨時(shí)間t的變化規(guī)律答案：AD
解析：S接通達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，線圈內(nèi)有電流而電容器上沒(méi)有電流，流過(guò)線圈的電流是從a流向b，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間時(shí)，電流要減小，而線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流減少，則電流方向不變，大小在慢慢減小，同時(shí)對(duì)電容器充電；當(dāng)電容器充電完畢時(shí)，電流為零。接著電容器放電，電流方向與之前相反，大小在不斷增大，直到電容器放電完畢后，電流反向最大；之后電容器與線圈組成的LC回路重復(fù)以上的過(guò)程中，在LC回路中形成電磁振蕩，回路中出現(xiàn)余弦式電流，故圖甲可以表示電感線圈中的電流i隨時(shí)間t的變化規(guī)律，故A正確，B錯(cuò)誤；S閉合時(shí)，電流穩(wěn)定時(shí)，線圈L兩端的電壓為零，故電容器兩端的電勢(shì)差為零，根據(jù)Q＝CU，可知所帶的電荷量為零；
當(dāng)斷開(kāi)S，由于線圈L阻礙電流的變化，則線圈L中有從a到b的電流，此時(shí)電容器反向充電，則右極板帶正電，電荷量逐漸增大，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，充電完畢后，又開(kāi)始放電，將電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，形成LC振蕩電路，電荷量隨時(shí)間周期性變化，故圖乙可以表示電容器右極板的電荷量q隨時(shí)間t的變化規(guī)律，故C錯(cuò)誤，D正確。
4．(多選)(2020·浙江省溫州十五校聯(lián)合體高二下學(xué)期期中)根據(jù)圖中四幅圖片提供的物理信息，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．甲圖：根據(jù)多普勒效應(yīng)，可以測(cè)定魚群的方位B．乙圖：根據(jù)光的干涉可以檢測(cè)下面玻璃板的平整度C．丙圖：清晨，看到花草上的露水晶瑩剔透，這是光的偏振引起的D．丁圖：根據(jù)LC振蕩電路周期變化，可以判斷絕緣儲(chǔ)罐中不導(dǎo)電液體高度的變化

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