高中人教版 (2019)1 电磁振荡学案

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[学习目标] 1.知道什么是振荡电流和振荡电路。2.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程，知道电磁振荡过程中的能量转化情况(重难点)。3.知道LC电路的周期和频率公式，并会进行相关的计算。
一、电磁振荡的产生及能量变化
1．振荡电流：大小和方向都做____________迅速变化的电流。
2．振荡电路：产生__________________的电路。
3．LC振荡电路：由__________________和____________组成的最简单的振荡电路。
4．电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流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____________地变化。这种现象就是电磁振荡。
如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2。以逆时针方向为电流正方向，以S接通2接线柱这一刻为t＝0时刻。完成下列表格。
例1 (多选)(2023·南京金陵中学期末)如图所示的LC振荡电路中，某时刻电容器上下极板带电情况和线圈L中的磁场方向如图所示，则此时( )
A．线圈中的自感电动势在增大
B．电容器两端电压正在减小
C．磁场能正在转化为电场能
D．LC回路中的电流正在增大
1．在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，与电容器有关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。
与线圈有关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。
2．在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小，即q、E、EE↑eq \(―――→,\s\up7(异向变化))i、B、EB↓。
例2 如图甲所示，在LC振荡电路中，其电流变化规律如图乙所示，规定顺时针方向为电流i的正方向，则( )
A．0至0.5 s时间内，电容器C在放电
B．0.5 s至1 s时间内，电场能正在减小
C．1 s至1.5 s时间内，磁场能正在减小
D．1.5 s至2 s时间内，P点的电势比Q点的电势低
针对训练 1 在如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定电路中振荡电流沿逆时针方向为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是( )
LC振荡电路充、放电过程的判断方法：
(1)根据电流流向判断，当电流流向带正电的极板时，处于充电过程；反之，处于放电过程。
(2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(U、E)增大时，处于充电过程；反之，处于放电过程。
(3)根据能量判断：电场能增加时，处于充电过程；磁场能增加时，处于放电过程。
二、电磁振荡的周期和频率
1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的________。
2．频率：电磁振荡完成周期性变化的________与所用时间之比，数值上等于______________内完成的周期性变化的次数。
3．LC电路的周期和频率公式：T＝________________，f＝________________。
说明：(1)LC电路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关。
(2)电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC电路的振荡周期T＝2πeq \r(LC)，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T＝2πeq \r(LC)；而电场能、磁场能变化周期是振荡周期的一半，即T′＝eq \f(T,2)＝πeq \r(LC)。
如图所示的电路，
(1)如果仅更换电感L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期T会怎样变化？
(2)如果仅更换电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？ 再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否变长？振荡周期是否变长？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
例3 要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是( )
A．增大电容器两极板的间距
B．升高电容器的充电电压
C．增加线圈的匝数
D．在线圈中插入铁芯
例4 某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L＝2.5×10－3 H，电容器电容C＝4 μF，在电容器开始放电时(取t＝0)，上极板带正电，下极板带负电，则( )
A．LC振荡电路的周期T＝π×10－4 s
B．当t＝π×10－4 s时，电容器上极板带正电
C．当t＝eq \f(π,3)×10－4 s时，电路中电流方向为顺时针
D．当t＝eq \f(2π,3)×10－4 s时，电场能正转化为磁场能
针对训练 2 (2023·浙江杭州二中等四校联考)“救命神器”——自动体外除颤仪(AED)，它是一种便携式的医疗设备，可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用，用于抢救心脏骤停患者的医疗设备。其结构如图所示，低压直流电经高压直流发生器后向储能电容器C充电。除颤治疗时，开关拨到2，将脉冲电流作用于心脏，使患者心脏恢复正常跳动，其他条件不变时，该除颤器的电容器电容为15μF，如果充电后电容器的电压为9.0 kV，电容器在5.0 ms时间内完成放电。下列说法正确的是( )
A．放电前，电容器存储的电荷量为0.135 C
B．放电过程中，电流大小不变
C．放电后，电容器的电容为零
D．自感系数L越小，放电脉冲电流的振荡周期越长电路状态
时刻t
0
eq \f(T,4)
eq \f(T,2)
eq \f(3,4)T
T
电荷量q
最多
______
______
______
最多
电场能E电
最大
______
______
______
最大
电流i
0
______
______
______
0
磁场能E磁
0
______
______
______
0
振荡规律