1.通過(guò)實(shí)驗(yàn),了解電磁振蕩。知道LC振蕩電路種電荷、電場(chǎng)、電流、磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化情況及電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化情況。知道電磁振蕩的周期與頻率,會(huì)用其分析、解釋有關(guān)的簡(jiǎn)單問(wèn)題。2.經(jīng)歷從機(jī)械振動(dòng)到電磁振蕩的類比過(guò)程,體會(huì)類比推理的方法。經(jīng)歷分析電磁振蕩周期與L、C關(guān)系的過(guò)程,體會(huì)定性分析推理的方法。3.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)觀察電磁振蕩中各物理量的變化過(guò)程,體會(huì)實(shí)驗(yàn)在物理觀念形成過(guò)程中的作用。
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?。電視、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?
觀察振蕩電路中電壓的波形
把線圈、電容器、電源和單刀雙擲開(kāi)關(guān)按照?qǐng)D甲連成電路。把電壓傳感器(或示波器)的兩端連在電容器的兩個(gè)極板上。先把開(kāi)關(guān)置于電源一側(cè),為電容器充電;稍后再把開(kāi)關(guān)置于線圈一側(cè),使電容器通過(guò)線圈放電。觀察電腦顯示器(或示波器)顯示的電壓的波形。
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。
想一想與交流電有何區(qū)別?
LC振蕩電路:當(dāng)開(kāi)關(guān)置于線圈一側(cè)時(shí),由電感線圈L和電容C組成的電路,就是最簡(jiǎn)單的振蕩電路,稱為L(zhǎng)C振蕩電路。
電容器充放電和線圈的自感現(xiàn)象共同作用產(chǎn)生的
電容器具有充、放電作用
LC電磁振蕩的產(chǎn)生原理
電容器充電結(jié)束,兩極板電荷量最大。
電容器開(kāi)始放電,回路中電流從0開(kāi)始逐漸增大。兩極板電荷量減少。
自感線圈給電容器反向充電結(jié)束,回路中電流為0,兩極板電荷量最大。
電容器開(kāi)始放電,回路中電流開(kāi)始逐漸增大,兩極板電荷量減少。
自感線圈再次給電容器反向充電結(jié)束,回路中電流為0,兩極板電荷量最大。
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
1、LC電磁振蕩過(guò)程中幾個(gè)特殊時(shí)刻各參數(shù)的特征
LC回路工作過(guò)程具有對(duì)稱性和周期性,可歸結(jié)為:
(1)、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↓
(2)、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
2、LC電磁振蕩的特點(diǎn):
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
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。
例[多選]在LC振蕩電路中,某時(shí)刻電路中的電流方向如圖所示,且電流正在減小,則該時(shí)刻( ?。〢.電容器上極板帶正電,下極板帶負(fù)電B.電容器上極板帶負(fù)電,下極板帶正電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
【解析】C錯(cuò),D對(duì):電流正在減小說(shuō)明磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。 A錯(cuò),B對(duì):此時(shí)電容器正在充電,由電流方向知電容器上極板帶負(fù)電,下極板帶正電。
二、電磁振蕩中的能量變化
1.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。
2.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。
三、電磁振蕩的周期和頻率
1.周期和頻率:電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時(shí)間叫做周期,一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率。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)稱振蕩電路的周期(或頻率)。
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。
3、LC回路的周期和頻率公式
?。?)式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz.?。?)適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈,可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要.
T = f =
1.LC振蕩電路中的振蕩電流按正弦規(guī)律變化,電路的狀態(tài)與相應(yīng)的物理量對(duì)應(yīng).2.電磁振蕩分阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩.
3.LC振蕩電路中電磁振蕩的固有周期回路的周期
1.(多選)對(duì)振蕩電路,下列說(shuō)法正確的是( )
2.關(guān)于LC振蕩電路中的振蕩電流,下列說(shuō)法中正確的是( ?。〢.振蕩電流最大時(shí),電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度最大B.振蕩電流為零時(shí),線圈中自感電動(dòng)勢(shì)為零C.振蕩電流增大的過(guò)程中,線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電場(chǎng)能D.振蕩電流減小的過(guò)程中,線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能 ?
解析:A錯(cuò):振蕩電流最大時(shí),處于電容器放電結(jié)束瞬間,電場(chǎng)強(qiáng)度為零。B錯(cuò):振蕩電流為零時(shí),回路中振蕩電流改變方向,這時(shí)的電流變化最快,電流變化率最大,線圈中自感電動(dòng)勢(shì)最大。C錯(cuò):振蕩電流增大時(shí),線圈中的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。D對(duì):振蕩電流減小時(shí),線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。
3.如圖為一個(gè)LC振蕩電路中的電流變化圖像,根據(jù)圖線可判斷( ?。〢.t1時(shí)刻電感線圈兩端電壓最大B.t2時(shí)刻電容器兩極板間電壓為零C.t1時(shí)刻電路中只有電場(chǎng)能D.t1時(shí)刻電容器帶的電荷量為零
【解析】 D對(duì),A、C錯(cuò):由圖像知,計(jì)時(shí)開(kāi)始時(shí),電容器兩極板帶的電荷量最大,電流為零,電容器放電開(kāi)始,根據(jù)電流隨時(shí)間的變化規(guī)律,可以畫出q-t圖像(在圖中用虛線表示)。由圖像分析可知:t1時(shí)刻,電容器上電荷量為零,電勢(shì)差為零,電場(chǎng)能為零。B錯(cuò):t2時(shí)刻電容器電荷量q最大,兩極板間電勢(shì)差最大。

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