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人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡背景图ppt课件
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡背景图ppt课件，共41页。PPT课件主要包含了电容器，电场强度E，周期性，电场中，电场能，磁场能，电磁波，停止振荡，电子器件，周期性变化等内容，欢迎下载使用。
知识点一 电磁振荡的产生
1.要产生持续变化的电流,可以通过 和 组成的电路实现.2.振荡电流:大小和 都做周期性迅速变化的电流.3.振荡电路:产生 电流的电路.最简单的振荡电路为 振荡电路.4.电磁振荡:在LC振荡电路中,电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的 、线圈里的磁感应强度B,都在 地变化着.这种现象就是电磁振荡.
知识点二 电磁振荡中的能量变化
1.(1)电容器放电过程中从能量的观点来看,电容器刚要放电时,电路里的能量全部储存在电容器的 ,电容器放电的过程,就是 逐渐转化为 的过程.(2)电容器充电过程中从能量的观点来看,在充电的过程中, .逐渐转化为 .(3)在电磁振荡的过程中,电场能和磁场能会发生 的转化.
2.如果没有能量损耗,振荡可以永远持续下去,振荡电流的 .保持不变.但是,任何电路都有电阻,电路中总会有一部分能量转化为 .另外,还会有一部分能量以 的形式辐射出去.这样,振荡电路中的能量就会逐渐减少,振荡电流的振幅也就逐渐减小,直到最后 .3.实际电路中由电源通过 为LC电路补充能量.
知识点三 电磁振荡的周期和频率
1.电磁振荡的周期性是如何体现的?
答案:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期.在电磁振荡中,电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量做周期性地变化,这些物理量变化的周期就是电磁振荡的周期.
2.电磁振荡的周期:电磁振荡完成一次 需要的时间,LC电路的周期公式T= .3.电磁振荡的频率:电磁振荡完成周期性变化的 与所.用 之比,LC电路的频率公式f= .4.如果没有能量损耗,也不受其他外界条件影响,这时的周期和频率叫作振荡电路的 周期和 频率.
1.振荡电路中,电容器放电时,由于线圈的自感作用,放电电流由0逐渐增大.( )2.振荡电路中,电容器放电完毕时,放电电流最大.( )3.在振荡电路中,电容器充电完毕时,磁场能全部转化为电场能.( )4.在LC振荡电路完成一次全振动的过程中,电容器充电一次.( )5.电磁振荡的周期和频率由电容和电感共同决定.( )6.通过减小电容器的电容可使电磁振荡的频率减小.( )
探究一 电磁振荡的产生及能量变化
把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路.把电压传感器(或示波器)的两端连在电容器的两个极板上,用于测量电容器两极板之间的电压.先把开关置于电源一侧,为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧,使电容器通过线圈放电.观察计算机显示器(或示波器)显示的电压的波形(图乙).
乙 计算机显示的电压波形
1.观察图乙所示的电压波形,电压振幅减小的原因是什么?怎样克服?
答案:电压振幅减小的原因是电路有能量损耗,有一部分能量转化为内能,还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去.如果适时地把能量补充到振荡电路中,电压的振幅就会不变.
2.如果不考虑电压波形振幅的变化,电容器两极板之间的电压发生周期性变化,如图所示.试分析电容器极板上的电荷量随时间的变化规律,并画出q-t图像.
答案:由电容器的电荷量q=CU可知q随时间的变化规律与电压U随时间的变化规律相同,如图所示.
3.电容器不断充电、放电使电路中形成振荡电流,请根据电流形成的原因和电流的概念,分析振荡电流变化的规律,并画出i-t图像.
4.如果振荡电路没有能量损耗,试分析放电和充电两个过程能量转化的情况.
答案:放电过程电场能转化为磁场能,充电过程磁场能转化为电场能.
1.LC电路的电磁振荡过程、振荡电路电流的周期性变化规律、电容器极板上电荷量的周期性变化规律的对应关系:
甲 LC电路的电磁振荡过程
乙 振荡电路电流的周期性变化规律(以逆时针方向电流为正)
丙 电容器极板上电荷量的周期性变化规律(q为上极板的电荷量)
2.电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、电路中的电流i、线圈里的磁感应强度B、电场能E电和磁场能E磁的转化与电路状态的对应关系:
3.变化规律及对应关系.(1)同步同变关系.在LC电路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量——电荷量q、电场强度E、电场能E电是同步同向变化的,即q↓—E↓—E电↓(或q↑—E↑—E电↑).线圈上的物理量——振荡电流i、磁感应强度B、磁场能E磁也是同步同向变化的,即i↑—B↑—E磁↑(或i↓—B↓—E磁↓).
(2)同步异变关系.在LC电路发生电磁振荡的过程中,电容器上的三个物理量q、E、E电与线圈上的三个物理量i、B、E磁是同步异向变化的,即(q、E、E电)↑ (i、B、E磁)↓.
【典例1】(多选)在LC振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向如图所示,则下列说法正确的是( )
A.若磁场正在加强,则电容器正在放电,电流方向为a→bB.若磁场正在减弱,则电场能正在减小,电容器下极板带负电荷C.若磁场正在减弱,则电场能正在增大,电容器下极板带负电荷D.若磁场正在加强,则电容器正在充电,电流方向为b→a
解析:在电磁振荡的一个周期内,磁场加强的过程必定是电容器放电过程,振荡电流增大,电场能减小,根据线圈中磁感线方向,用安培定则可确定线圈中振荡电流的方向,从而得知回路中电流方向是a→b,注意这是放电电流,故电容器下极板带正电荷;磁场正在减弱的过程必定是电容器充电过程,振荡电流减小,电场能增大,用安培定则判断此时电流方向仍是a→b,但这是充电电流,故负电荷不断聚到下极板,上极板出现等量正电荷,电容器两极板的电荷量不断增加.由以上分析可知,本题正确选项应为A、C.
探究二 电磁振荡的周期和频率
在如图所示的电路中,如果电容C和电感L足够大,可以通过观察电流表指针左右摆动的快慢来确定电磁振荡周期的大小.
1.实验如何操作?如何得到电磁振荡的周期?
2.如果要探究电磁振荡的周期与电容、电感的关系,应该怎么做?用到了什么实验方法?
答案:保持线圈不变,改变电容器的电容,通过实验可以探究周期与电容的关系;保持电容不变,改变线圈的电感,通过实验可以探究周期与电感的关系.用到了控制变量法.
3.实验发现如果用同一电池,增大电容、增大电感,电磁振荡的周期都增大,从理论上怎样解释?
答案:同一电池,电容增大,电容器可容纳的电荷量增大,电感增大,线圈的阻碍作用增大,放电时间相应延长,周期变大.
4.保持电容、电感不变,增加电池串联的节数,发现电磁振荡的周期不变,这说明了什么?
答案:增加电池串联的节数,电容器可容纳的电荷量增加,周期不变,说明电磁振荡的周期与电容器的电荷量无关,只与振荡电路的电容和电感有关.
【典例2】在LC振荡电路中,线圈的自感系数L=2.5 mH,电容器的电容C=4 μF.(1)该电路的周期多大?(2)设t=0时,电容器间的电压最大,在t=9.0×10-3 s时,通过线圈的电流是增大还是减小?这时电容器是处在充电过程还是放电过程?
答案: (1)6.28×10-4 s (2)减小 充电
1.(多选)LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图所示,则下列说法正确的是( )
A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电B.若电容器正在充电,则电容器下极板带正电C.若电容器上极板带正电,则线圈中电流正在增大D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流增大
解析:由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向,由于题目中电容器两极板带电情况不确定,可分两种情况讨论.(1)若该时刻电容器上极板带正电,则电容器处于放电阶段,电流增大,磁场增强,选项C正确,选项A错误.(2)若该时刻电容器下极板带正电,则电容器处于充电状态,电流在减小,选项B正确.由楞次定律可判定选项D正确.
2.下图中画出了一个LC振荡电路中的电流变化图线,根据图线可判断( )
A.t1时刻线圈两端电压最大B.t2时刻电容器两极板间电压为0C.t1时刻电路中只有电场能D.t1时刻电容器电荷量为0
解析:由题图知,t1时刻电流最大,磁场最强,磁场能最大,根据电磁振荡的规律,此时电场能应最小,电场最弱,电容器极板上电荷量为0,选项C错误,选项D正确.此时因电流最大,变化率是0,自感电动势为0,线圈两端电压最小,选项A错误.t2时刻电流最小,电场能最大,电容器两极板间的电压最大,选项B错误.
3.(2022·广东肇庆)振荡电路在测量、自动控制、无线电通信及遥控等许多领域都有广泛应用.在如图甲所示LC振荡电路中,电容器C极板上的电荷量随时间变化的图线如图乙所示,则在1×10-6~2×10-6 s内,下列说法正确的是( )
A.电容器C正在放电 B.电容器C正在充电C.电场能正在向磁场能转化 D.回路中振荡电流正在逐渐增大
解析:由图像可知,在1×10-6~2×10-6 s内,极板上电荷量正在增大,说明电容器C正在充电,回路中振荡电流正在逐渐减小,磁场能正在向电场能转化.故选项B正确.
4.要增大LC振荡电路的频率,可采取的办法是( )A.增大电容器两极板的正对面积B.减少极板上的电荷量C.在线圈中放入软铁棒D.减少线圈匝数
情境 如图所示电路,S先接通A触点,让电容器充电后再接通B触点,设这时可变电容器的电容为C=556 pF,电感L=1 mH.问题 (1)经过多长时间电容C上的电荷第一次释放完?(2)这段时间内电流如何变化?线圈两端电压如何变化?
答案:(1)1.17×10-6 s (2)电流逐渐增大.线圈两端的电压逐渐减小.
知识点一 电磁振荡的产生
1.要产生持续变化的电流,可以通过 和 组成的电路实现.2.振荡电流:大小和 都做周期性迅速变化的电流.3.振荡电路:产生 电流的电路.最简单的振荡电路为 振荡电路.4.电磁振荡:在LC振荡电路中,电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的 、线圈里的磁感应强度B,都在 地变化着.这种现象就是电磁振荡.
知识点二 电磁振荡中的能量变化
1.(1)电容器放电过程中从能量的观点来看,电容器刚要放电时,电路里的能量全部储存在电容器的 ,电容器放电的过程,就是 逐渐转化为 的过程.(2)电容器充电过程中从能量的观点来看,在充电的过程中, .逐渐转化为 .(3)在电磁振荡的过程中,电场能和磁场能会发生 的转化.
2.如果没有能量损耗,振荡可以永远持续下去,振荡电流的 .保持不变.但是,任何电路都有电阻,电路中总会有一部分能量转化为 .另外,还会有一部分能量以 的形式辐射出去.这样,振荡电路中的能量就会逐渐减少,振荡电流的振幅也就逐渐减小,直到最后 .3.实际电路中由电源通过 为LC电路补充能量.
知识点三 电磁振荡的周期和频率
1.电磁振荡的周期性是如何体现的?
答案:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期.在电磁振荡中,电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量做周期性地变化,这些物理量变化的周期就是电磁振荡的周期.
2.电磁振荡的周期:电磁振荡完成一次 需要的时间,LC电路的周期公式T= .3.电磁振荡的频率:电磁振荡完成周期性变化的 与所.用 之比,LC电路的频率公式f= .4.如果没有能量损耗,也不受其他外界条件影响,这时的周期和频率叫作振荡电路的 周期和 频率.
1.振荡电路中,电容器放电时,由于线圈的自感作用,放电电流由0逐渐增大.( )2.振荡电路中,电容器放电完毕时,放电电流最大.( )3.在振荡电路中,电容器充电完毕时,磁场能全部转化为电场能.( )4.在LC振荡电路完成一次全振动的过程中,电容器充电一次.( )5.电磁振荡的周期和频率由电容和电感共同决定.( )6.通过减小电容器的电容可使电磁振荡的频率减小.( )
探究一 电磁振荡的产生及能量变化
把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路.把电压传感器(或示波器)的两端连在电容器的两个极板上,用于测量电容器两极板之间的电压.先把开关置于电源一侧,为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧,使电容器通过线圈放电.观察计算机显示器(或示波器)显示的电压的波形(图乙).
乙 计算机显示的电压波形
1.观察图乙所示的电压波形,电压振幅减小的原因是什么?怎样克服?
答案:电压振幅减小的原因是电路有能量损耗,有一部分能量转化为内能,还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去.如果适时地把能量补充到振荡电路中,电压的振幅就会不变.
2.如果不考虑电压波形振幅的变化,电容器两极板之间的电压发生周期性变化,如图所示.试分析电容器极板上的电荷量随时间的变化规律,并画出q-t图像.
答案:由电容器的电荷量q=CU可知q随时间的变化规律与电压U随时间的变化规律相同,如图所示.
3.电容器不断充电、放电使电路中形成振荡电流,请根据电流形成的原因和电流的概念,分析振荡电流变化的规律,并画出i-t图像.
4.如果振荡电路没有能量损耗,试分析放电和充电两个过程能量转化的情况.
答案:放电过程电场能转化为磁场能,充电过程磁场能转化为电场能.
1.LC电路的电磁振荡过程、振荡电路电流的周期性变化规律、电容器极板上电荷量的周期性变化规律的对应关系:
甲 LC电路的电磁振荡过程
乙 振荡电路电流的周期性变化规律(以逆时针方向电流为正)
丙 电容器极板上电荷量的周期性变化规律(q为上极板的电荷量)
2.电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、电路中的电流i、线圈里的磁感应强度B、电场能E电和磁场能E磁的转化与电路状态的对应关系:
3.变化规律及对应关系.(1)同步同变关系.在LC电路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量——电荷量q、电场强度E、电场能E电是同步同向变化的,即q↓—E↓—E电↓(或q↑—E↑—E电↑).线圈上的物理量——振荡电流i、磁感应强度B、磁场能E磁也是同步同向变化的,即i↑—B↑—E磁↑(或i↓—B↓—E磁↓).
(2)同步异变关系.在LC电路发生电磁振荡的过程中,电容器上的三个物理量q、E、E电与线圈上的三个物理量i、B、E磁是同步异向变化的,即(q、E、E电)↑ (i、B、E磁)↓.
【典例1】(多选)在LC振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向如图所示,则下列说法正确的是( )
A.若磁场正在加强,则电容器正在放电,电流方向为a→bB.若磁场正在减弱,则电场能正在减小,电容器下极板带负电荷C.若磁场正在减弱,则电场能正在增大,电容器下极板带负电荷D.若磁场正在加强,则电容器正在充电,电流方向为b→a
解析:在电磁振荡的一个周期内,磁场加强的过程必定是电容器放电过程,振荡电流增大,电场能减小,根据线圈中磁感线方向,用安培定则可确定线圈中振荡电流的方向,从而得知回路中电流方向是a→b,注意这是放电电流,故电容器下极板带正电荷;磁场正在减弱的过程必定是电容器充电过程,振荡电流减小,电场能增大,用安培定则判断此时电流方向仍是a→b,但这是充电电流,故负电荷不断聚到下极板,上极板出现等量正电荷,电容器两极板的电荷量不断增加.由以上分析可知,本题正确选项应为A、C.
探究二 电磁振荡的周期和频率
在如图所示的电路中,如果电容C和电感L足够大,可以通过观察电流表指针左右摆动的快慢来确定电磁振荡周期的大小.
1.实验如何操作?如何得到电磁振荡的周期?
2.如果要探究电磁振荡的周期与电容、电感的关系,应该怎么做?用到了什么实验方法?
答案:保持线圈不变,改变电容器的电容,通过实验可以探究周期与电容的关系;保持电容不变,改变线圈的电感,通过实验可以探究周期与电感的关系.用到了控制变量法.
3.实验发现如果用同一电池,增大电容、增大电感,电磁振荡的周期都增大,从理论上怎样解释?
答案:同一电池,电容增大,电容器可容纳的电荷量增大,电感增大,线圈的阻碍作用增大,放电时间相应延长,周期变大.
4.保持电容、电感不变,增加电池串联的节数,发现电磁振荡的周期不变,这说明了什么?
答案:增加电池串联的节数,电容器可容纳的电荷量增加,周期不变,说明电磁振荡的周期与电容器的电荷量无关,只与振荡电路的电容和电感有关.
【典例2】在LC振荡电路中,线圈的自感系数L=2.5 mH,电容器的电容C=4 μF.(1)该电路的周期多大?(2)设t=0时,电容器间的电压最大,在t=9.0×10-3 s时,通过线圈的电流是增大还是减小?这时电容器是处在充电过程还是放电过程?
答案: (1)6.28×10-4 s (2)减小 充电
1.(多选)LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图所示,则下列说法正确的是( )
A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电B.若电容器正在充电,则电容器下极板带正电C.若电容器上极板带正电,则线圈中电流正在增大D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流增大
解析:由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向,由于题目中电容器两极板带电情况不确定,可分两种情况讨论.(1)若该时刻电容器上极板带正电,则电容器处于放电阶段,电流增大,磁场增强,选项C正确,选项A错误.(2)若该时刻电容器下极板带正电,则电容器处于充电状态,电流在减小,选项B正确.由楞次定律可判定选项D正确.
2.下图中画出了一个LC振荡电路中的电流变化图线,根据图线可判断( )
A.t1时刻线圈两端电压最大B.t2时刻电容器两极板间电压为0C.t1时刻电路中只有电场能D.t1时刻电容器电荷量为0
解析:由题图知,t1时刻电流最大,磁场最强,磁场能最大,根据电磁振荡的规律,此时电场能应最小,电场最弱,电容器极板上电荷量为0,选项C错误,选项D正确.此时因电流最大,变化率是0,自感电动势为0,线圈两端电压最小,选项A错误.t2时刻电流最小,电场能最大,电容器两极板间的电压最大,选项B错误.
3.(2022·广东肇庆)振荡电路在测量、自动控制、无线电通信及遥控等许多领域都有广泛应用.在如图甲所示LC振荡电路中,电容器C极板上的电荷量随时间变化的图线如图乙所示,则在1×10-6~2×10-6 s内,下列说法正确的是( )
A.电容器C正在放电 B.电容器C正在充电C.电场能正在向磁场能转化 D.回路中振荡电流正在逐渐增大
解析:由图像可知,在1×10-6~2×10-6 s内,极板上电荷量正在增大,说明电容器C正在充电,回路中振荡电流正在逐渐减小,磁场能正在向电场能转化.故选项B正确.
4.要增大LC振荡电路的频率,可采取的办法是( )A.增大电容器两极板的正对面积B.减少极板上的电荷量C.在线圈中放入软铁棒D.减少线圈匝数
情境 如图所示电路,S先接通A触点,让电容器充电后再接通B触点,设这时可变电容器的电容为C=556 pF,电感L=1 mH.问题 (1)经过多长时间电容C上的电荷第一次释放完?(2)这段时间内电流如何变化?线圈两端电压如何变化?
答案:(1)1.17×10-6 s (2)电流逐渐增大.线圈两端的电压逐渐减小.
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