4.1 电磁振荡导学单-（2019） 新人教版高中物理选择性必修二.rar

第四章第四章 电磁振荡和电磁波电磁振荡和电磁波4.1 电磁振荡电磁振荡【学习目标学习目标】1. 了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。2. 体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的意义。3. 通过对电磁振荡的实验观察,体会 LC 电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况,了解电磁波的产生过程。4. 了解 LC 振荡电路固有周期和固有频率的公式,了解实际生产、生活中调节振荡电路频率的基本方法。【开启新探索开启新探索】电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，极大地改变了人们的生活，开阔了我们的视野。那么如何产生持续的电磁波呢？同机械波一样，要产生持续的机械波，就要有一直振动的波源。要产生持续的电磁波，需要有持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢?【质疑提升质疑提升 1】电磁振荡电路、电磁振荡电流电磁振荡电路、电磁振荡电流1. 要产生持续变化的电流，可能通过振荡电路实现。那么振荡电路是怎样构成的？ 2. 阅读课本 P69，先将开关置于电源一侧，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。通过设备观察电容顺两端的电压的波形图如图所示，从图中可以看出，电容器通过线圈放电时两端的电压有怎样的特点？3. 什么是振荡电流？什么是振荡电路？ （1）振荡电流：电路中的电压发生 的变化，电路中的电流也发生 的变化， 像这样，电路中产生 和 都做 迅速变化的电流，称振荡电流。 （2）振荡电路：产生 电流的电路叫振荡电路。 （3）LC 振荡电路：若振荡电路是由 和 组成的电路，称 LC 振荡电路。该电路是最简单的振荡电路。4. 在开关置于线圈一侧的瞬间，电容器就开始放电，分析以下情况电路中各物理量的变化情况。（1） 开始放电时，电容器的两极板间电压 ，电荷 。线圈的电流为 。（2） 放电过程中，由于线圈的自感作用，放电电流的大小 ，导线中的电流方向由 板板到 极板。同时电容器极板上的电荷 ，极板电压 。（3） 放电完毕时，极板上的电荷为 ，电压为 。放电电流达到 。5.电容器放电完毕后，线圈的电流立即为零吗？分析以下情况电路中各物理量的变化情况。（1） 放电完毕时，由于线圈的自感作用，虽然极板电压为 ，但电流并不立即减小到 ，而保持原有的电流大小、方向继续流动。（2） 反向充电过程中，由于电流的继续流动，电容器 ，但电容器两极板带上与原来 的电荷，并且极板上的电荷逐渐 ，电压 。反向充电过程中电流逐渐 ，方向与放电时方向 。（3） 反向充电完毕时，极板上的电荷 ，电压 。充电电流为 。（4） 此后，电容器会再 ，再 。这样不断的充电、放电，电路中应出现了大小、方向都变化的电流，即出现了 电流。（5） 振荡电路电流的周期性变化、电容器极板上电荷量的周期性变化如图所示：【质疑提升质疑提升 2】电磁振荡中的能量变化电磁振荡中的能量变化1. 在振荡电路中，电荷量 q、电流 i、电场强度 E、磁感应强度 B 这几个物理量都在做周期性地变化。这种现象称 。2. 电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同，但它们还是具有一些共同的特点。在机械振动中，例如在单摆的振动中，位移 x、速度 v、加速度 a 这几个物理量周期性地变化。在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化。那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的?从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电容器刚要放电时，电容器里的电场 ，电路里的能量全部储存在电容器的 中；电容器开始放电后，电容器开始放电后，电容器里的电场逐渐 ，线圈的磁场逐渐 ， 能逐渐转化为 能；在放电完毕的瞬间，在放电完毕的瞬间， 能全部转化为 能；之后，线圈的磁场逐渐 ，电容器里的电场逐渐 ， 能逐渐转化为 能；到反方向充电完毕的瞬间， 能全部转化为 能。所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。3. 如果没有能量损耗，振荡可以永远进行下去，振荡电路的振幅保持不变。在实际电路中会有哪些损耗？有什么方式可以维持等幅振荡？【质疑提升质疑提升 3】3】电磁振荡的周期和频率电磁振荡的周期和频率1. 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期。周期的倒数叫作频率。如果没有能量损耗，也不受其他外界条件的影响，这时的周期和频率称为振荡电路的固有周期和固有频率。振荡的周期与频率由什么因素决定？又有怎样的规律？【学以致用学以致用】1. LC 振荡电路，开始放电为计时起点，填表分析得出各物理量大小及大小变化规律。物理量00-T/4T/4T/4-T/2T/2T/2-3T/43T/43T/4-TTiq2. 如图所示是 LC 振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()A. 电容器正在放电 B. 电容器正在充电C. 电感线圈中的电流正在增大 D. 电容器两极板间的电场能正在减小3. 如图所示，L 为电阻不计的自感线圈，已知 LC 电路振荡周期为 T，开关 S 闭合一段时间。S 断开时开始计时，当 t=3T/8 时，L 内部磁感应强度的方向和电容器极板间电场强度的方向分别为( ) A. 向下、向下 B. 向上、向下 C. 向上、向上 D. 向下、向上【核心素养提升】1. 如图所示，L 是电阻不计的电感器，C 是电容器，闭合开关 S，待电路达到稳定状态后，再断开开关 S，LC 电路中将产生电磁振荡，如果规定电感器 L 中的电流方向从 a 到 b为正，断开开关的时刻为 t0，那么下列选项能正确表示电感器中的电流 i 随时间 t 变化规律的是( C)2. 对振荡电路，下列说法正确的是（ ） A振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的时间为 LCB振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为 LC2C振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化周期为 LCD振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期为 LC23. 在 LC 振荡电路中，当电容器的电荷量最大时（ ） A. 电场能正在向磁场能转化 B. 电场能开始向磁场能转化C. 电场能向磁场能转化完毕 D. 磁场能正在向电场能转化4. 如图所示，LC 振荡电路的导线及自感线圈的电阻忽略不计，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板 A 带正电荷，则该瞬间( ) A. 电流 i 正在增大,线圈 L 中的磁场能也正在增大 B. 电容器两极板间电压正在增大C. 电容器带电量正在减小 D. 线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在增强5. 如图所示为 LC 振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，下列判断中正确的是()在 b 和 d 时刻，电路中电流最大在 ab 时间内，电场能转变为磁场能a 和 c 时刻，磁场能为零在 Oa 和 cd 时间内，电容器被充电A. 只有和 B. 只有和 C. 只有 D. 只有和6. 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，则电路中振荡电流随时间变化的图象是图中的(回路中振荡电流以逆时针方向为正)(D)A. B. C. D. 7如图甲为电容器上极板电量 q 随时间 t 在一个周期内的变化图像，如图乙为 LC 振荡电路的某一状态，则（）At1时刻线圈中自感电动势为零Bt1t2时间内回路内的电流为顺时针Ct2t3中某时刻与图乙状态相对应D图乙中电容器极板间电场能逐渐减小8. 由电容为 C、电感为 L 组成的 LC 振荡电路在电磁振荡过程中，所激发的电磁波以速度v 向空间传播，则电磁波的波长为（ ）A. 2 B. C. D. 2v 9 如图所示是由线圈 L 和电容器 C 组成的最简单的 LC 振荡电路。先把电容器充满电。t=0 时如图（a）所示，电容器两板间的电势差最大，电容器开始放电。t=0.005s 时如图（b）所示，LC 回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则（）A此 LC 振荡电路的周期 T=0.01sBt=0.025s 时，回路电流方向与图（b）中所示电流方向相反Ct=0.035s 时，线圈中的磁场能最大Dt=0.040s 至 t=0.045s 时，线圈中的电流逐渐减小10. 为了增大 LC 振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是（ ） A. 增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯B. 减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数C. 减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯D. 减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数11. 某收音机中的 LC 电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生 535 kHz 到 1 605 kHz 的电磁振荡。可调电容器的最大电容和最小电容之比是多少？ 9:112. 为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容 C 置于储罐中，电容 C 可通过开关 S 与电感 L 或电源相连，如图所示。当开关从 a拨到 b 时，由电感 L 与电容 C 构成的回路中产生振荡电流。现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，平行板电容器的电容与两极板间是否有电介质存在着确定的关系，当两极板间充入电介质时，电容增大。问： 当储罐内的液面高度降低时，所测得的 LC 回路振荡电流的频率如何变化？频率增大第四章第四章 电磁振荡和电磁波电磁振荡和电磁波4.1 电磁振荡电磁振荡【学习目标学习目标】1. 了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。2. 体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的意义。3. 通过对电磁振荡的实验观察,体会 LC 电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况,了解电磁波的产生过程。4. 了解 LC 振荡电路固有周期和固有频率的公式,了解实际生产、生活中调节振荡电路频率的基本方法。【开启新探索开启新探索】电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，极大地改变了人们的生活，开阔了我们的视野。那么如何产生持续的电磁波呢？同机械波一样，要产生持续的机械波，就要有一直振动的波源。要产生持续的电磁波，需要有持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢?【质疑提升质疑提升 1】电磁振荡电路、电磁振荡电流电磁振荡电路、电磁振荡电流1. 要产生持续变化的电流，可能通过振荡电路实现。那么振荡电路是怎样构成的？ 2. 阅读课本 P69，先将开关置于电源一侧，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。通过设备观察电容顺两端的电压的波形图如图所示，从图中可以看出，电容器通过线圈放电时两端的电压有怎样的特点？3. 什么是振荡电流？什么是振荡电路？ （1）振荡电流：电路中的电压发生 的变化，电路中的电流也发生 的变化， 像这样，电路中产生 和 都做 迅速变化的电流，称振荡电流。 （2）振荡电路：产生 电流的电路叫振荡电路。 （3）LC 振荡电路：若振荡电路是由 和 组成的电路，称 LC 振荡电路。该电路是最简单的振荡电路。4. 在开关置于线圈一侧的瞬间，电容器就开始放电，分析以下情况电路中各物理量的变化情况。（1） 开始放电时，电容器的两极板间电压 ，电荷 。线圈的电流为 。（2） 放电过程中，由于线圈的自感作用，放电电流的大小 ，导线中的电流方向由 板板到 极板。同时电容器极板上的电荷 ，极板电压 。（3） 放电完毕时，极板上的电荷为 ，电压为 。放电电流达到 。5.电容器放电完毕后，线圈的电流立即为零吗？分析以下情况电路中各物理量的变化情况。（1） 放电完毕时，由于线圈的自感作用，虽然极板电压为 ，但电流并不立即减小到 ，而保持原有的电流大小、方向继续流动。（2） 反向充电过程中，由于电流的继续流动，电容器 ，但电容器两极板带上与原来 的电荷，并且极板上的电荷逐渐 ，电压 。反向充电过程中电流逐渐 ，方向与放电时方向 。（3） 反向充电完毕时，极板上的电荷 ，电压 。充电电流为 。（4） 此后，电容器会再 ，再 。这样不断的充电、放电，电路中应出现了大小、方向都变化的电流，即出现了 电流。（5） 振荡电路电流的周期性变化、电容器极板上电荷量的周期性变化如图所示：【质疑提升质疑提升 2】电磁振荡中的能量变化电磁振荡中的能量变化1. 在振荡电路中，电荷量 q、电流 i、电场强度 E、磁感应强度 B 这几个物理量都在做周期性地变化。这种现象称 。2. 电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同，但它们还是具有一些共同的特点。在机械振动中，例如在单摆的振动中，位移 x、速度 v、加速度 a 这几个物理量周期性地变化。在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化。那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的?从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电容器刚要放电时，电容器里的电场 ，电路里的能量全部储存在电容器的 中；电容器开始放电后，电容器开始放电后，电容器里的电场逐渐 ，线圈的磁场逐渐 ， 能逐渐转化为 能；在放电完毕的瞬间，在放电完毕的瞬间， 能全部转化为 能；之后，线圈的磁场逐渐 ，电容器里的电场逐渐 ， 能逐渐转化为 能；到反方向充电完毕的瞬间， 能全部转化为 能。所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。3. 如果没有能量损耗，振荡可以永远进行下去，振荡电路的振幅保持不变。在实际电路中会有哪些损耗？有什么方式可以维持等幅振荡？【质疑提升质疑提升 3】3】电磁振荡的周期和频率电磁振荡的周期和频率1. 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期。周期的倒数叫作频率。如果没有能量损耗，也不受其他外界条件的影响，这时的周期和频率称为振荡电路的固有周期和固有频率。振荡的周期与频率由什么因素决定？又有怎样的规律？【学以致用学以致用】1. LC 振荡电路，开始放电为计时起点，填表分析得出各物理量大小及大小变化规律。物理量00-T/4T/4T/4-T/2T/2T/2-3T/43T/43T/4-TTiq2. 如图所示是 LC 振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()A. 电容器正在放电 B. 电容器正在充电C. 电感线圈中的电流正在增大 D. 电容器两极板间的电场能正在减小3. 如图所示，L 为电阻不计的自感线圈，已知 LC 电路振荡周期为 T，开关 S 闭合一段时间。S 断开时开始计时，当 t=3T/8 时，L 内部磁感应强度的方向和电容器极板间电场强度的方向分别为( ) A. 向下、向下 B. 向上、向下 C. 向上、向上 D. 向下、向上【核心素养提升】1. 如图所示，L 是电阻不计的电感器，C 是电容器，闭合开关 S，待电路达到稳定状态后，再断开开关 S，LC 电路中将产生电磁振荡，如果规定电感器 L 中的电流方向从 a 到 b为正，断开开关的时刻为 t0，那么下列选项能正确表示电感器中的电流 i 随时间 t 变化规律的是()2. 对振荡电路，下列说法正确的是（ ） A振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的时间为 LCB振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为 LC2C振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化周期为 LCD振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期为 LC23. 在 LC 振荡电路中，当电容器的电荷量最大时（ ） A. 电场能正在向磁场能转化 B. 电场能开始向磁场能转化C. 电场能向磁场能转化完毕 D. 磁场能正在向电场能转化4. 如图所示，LC 振荡电路的导线及自感线圈的电阻忽略不计，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板 A 带正电荷，则该瞬间( ) A. 电流 i 正在增大,线圈 L 中的磁场能也正在增大 B. 电容器两极板间电压正在增大 C. 电容器带电量正在减小 D. 线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在增强5. 如图所示为 LC 振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，下列判断中正确的是()在 b 和 d 时刻，电路中电流最大在 ab 时间内，电场能转变为磁场能a 和 c 时刻，磁场能为零在 Oa 和 cd 时间内，电容器被充电A. 只有和 B. 只有和 C. 只有 D. 只有和6. 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，则电路中振荡电流随时间变化的图象是图中的(回路中振荡电流以逆时针方向为正)()A. B. C. D. 7如图甲为电容器上极板电量 q 随时间 t 在一个周期内的变化图像，如图乙为 LC 振荡电路的某一状态，则（）At1时刻线圈中自感电动势为零Bt1t2时间内回路内的电流为顺时针Ct2t3中某时刻与图乙状态相对应D图乙中电容器极板间电场能逐渐减小8. 由电容为 C、电感为 L 组成的 LC 振荡电路在电磁振荡过程中，所激发的电磁波以速度v 向空间传播，则电磁波的波长为（ ）A. 2 B. C. D. 2v 9 如图所示是由线圈 L 和电容器 C 组成的最简单的 LC 振荡电路。先把电容器充满电。t=0 时如图（a）所示，电容器两板间的电势差最大，电容器开始放电。t=0.005s 时如图（b）所示，LC 回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则（）A此 LC 振荡电路的周期 T=0.01sBt=0.025s 时，回路电流方向与图（b）中所示电流方向相反Ct=0.035s 时，线圈中的磁场能最大Dt=0.040s 至 t=0.045s 时，线圈中的电流逐渐减小10. 为了增大 LC 振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是（ ） A. 增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯B. 减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数C. 减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯D. 减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数11. 某收音机中的 LC 电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生 535 kHz 到 1 605 kHz 的电磁振荡。可调电容器的最大电容和最小电容之比是多少？12. 为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容 C 置于储罐中，电容 C 可通过开关 S 与电感 L 或电源相连，如图所示。当开关从 a拨到 b 时，由电感 L 与电容 C 构成的回路中产生振荡电流。现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，平行板电容器的电容与两极板间是否有电介质存在着确定的关系，当两极板间充入电介质时，电容增大。问： 当储罐内的液面高度降低时，所测得的 LC 回路振荡电流的频率如何变化？