1、1电磁振荡第四章电磁振荡与电磁波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能 量转化情况.3.知道电磁振荡的周期和频率，知道LC电路的周期和频率与哪些因 素有关，并会进行相关的计算.学习目标知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSUOYIN1.振荡电流：大小和方向都做 迅速变化的电流.2.振荡电路：能产生 的电路.最简单的振荡电路为LC振荡电路.3.LC振荡电路的放电、充电过程(1)电容器放电：由于线圈的 作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐 .放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电
2、流达到 .该过程电容器的 全部转化为线圈的 .一、电场振荡的产生及能量变化知识梳理周期性振荡电流自感减少最大值电场能磁场能(2)电容器充电：电容器放电完毕时，由于线圈的 作用，电流并不会立刻减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始 ，极板上的电荷逐渐 ，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷最多.该过程中线圈的 又全部转化为电容器的 .4.电磁振荡的实质在电磁振荡过程中，电路中的电流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 ，电场能和磁场能也随着做周期性的 .自感反向充电增多磁场能电场能周期性地变化着转化1.电磁振荡的周期T：电磁振荡完成
3、一次 需要的时间.2.电磁振荡的频率f：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的_ 的次数.如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率分别叫作振荡电路的 周期和 频率.3.LC电路的周期和频率公式：T2 ，f .其中：周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F).二、电磁振荡的周期和频率周期性变化周期性变化固有固有1.判断下列说法的正误.(1)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大.()(2)LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大.()(3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少.()(
4、4)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大.()(5)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板带最多的负电荷为止，这一段时间为一个周期.()即学即用2.在LC振荡电路中，电容器C带的电荷量q随时间t变化的图像如图1所示.1106 s到2106 s内，电容器处于_(填“充电”或“放电”)过程，由此产生的电磁波在真空中的波长为_ m.图图1充电1 200导学探究如图2所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，一、电磁振荡的产生及能量变化重点探究图图2(1)电容器通过线圈放电过程中，线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？答案电容器放电过
5、程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能.(2)在电容器反向充电过程中，线圈中电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？答案在电容器反向充电过程中，线圈中电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能.(3)线圈中自感电动势的作用是什么？答案线圈中电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化.知识深化1.各物理量随时间的变化图像：振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能EE和磁场能EB之间的对应关系.(如图3)图图32.相关量与电路状态的对应情况电路状态abcde时刻t0T电荷量q最多0最多0最多电场能EE最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能EB0最大0最大
6、03.(1)在LC振荡回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qEEE(或qEEE).与振荡线圈有关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即iBEB(或iBEB).(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，且它们的变化是同步的，也即q、E、EE i、B、EB.例1(多选)图4是LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是A.电容器正在充电B.电感线圈中的磁场能正在增加C.电感线圈中的电流正在增大D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大图图4解析由题图中磁感应强度的
7、方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板上的电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和线圈中的磁场能处于增加过程，由楞次定律可知，线圈中的自感电动势阻碍电流的增大.规律总结1.判断电容器是充电还是放电，一般依据电流的方向，电流由正极板流出为放电，向正极板流入为充电.2.判断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电荷量的增减.3.自感电动势的作用是阻碍电流的增大还是阻碍电流的减小，可依据放电电流不断增大，充电电流不断减小来判断.图图5例2在如图5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逆时针方向
8、为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是A板应带正电，只有顺时针方向的电流才能使A板被充电后带正电，同时考虑到t0时刻电压为零，电容器极板上的电荷量为零，电流最大，即t0时刻，电流为负向最大，D正确.针对训练(多选)如图6甲为LC振荡电路，其中图乙描绘的是流过电路中M点的电流随时间变化规律的图线，假设回路中电流顺时针方向为正.则下列说法正确的是A.在第1 s末到第2 s末的过程中电容器 正在向外电路放电 B.在第1 s末到第2 s末的过程中电容器 的下极板带负电C.在第2 s末到第3 s末的过程中M点的 电势比N点的电势低D.在第2 s末到第3 s末的过程中电路中电场能正在逐渐减小图图6解
9、析在第1 s末到第2 s末的过程中，振荡电流是充电电流，充电电流是由上极板流向下极板，则下极板带正电，A、B错误；在第2 s末到第3 s末的过程中，振荡电流是放电电流，电场能正在减小，磁场能正在增大，放电电流是由下极板流向上极板，由于电流为负值，所以由N流向M，则N点的电势高，C、D正确.二、电磁振荡的周期和频率导学探究如图7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？图图7答案自感电动势更大，“阻碍”作用更大，周
10、期变长.(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，放电时间是否相应地变长？振荡周期T是否变长？答案带电荷量增大，放电时间变长，周期变长.知识深化2.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，所以称为LC电路的固有周期和固有频率.(2)使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫兹(Hz).(3)电感器和电容器在LC振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这种转换的快
11、慢，电感L或电容C越大，能量转换时间也越长，故周期也越长.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.在线圈中插入铁芯升高电容器的充电电压，电容不变，B错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系数均增大，故C、D错误.1.(电磁振荡的过程分析)(多选)在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图8所示，则A.在时刻t1，电路中的电流最大B.在时刻t2，电路中的磁场能最大C.从时刻t2至t3，电路中的电场能不断增大D.从时刻t3至t4，电容器的带电荷量不断增大123随堂演练4图图8解析电磁振荡中
12、的物理量可分为两组：电容器带电荷量q、极板间电压u、电场强度E及电场能为一组；1234自感线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能为一组.同组物理量的大小变化规律一致，同增、同减、同为最大或同为零.异组物理量的大小变化规律相反，若q、E、u等物理量按正弦规律变化，则i、B等物理量必按余弦规律变化.根据上述分析由题图可以看出，本题正确选项为A、D.2.(电磁振荡的过程分析)如图9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123图图94解析由题图螺线管中的磁感线方向可以判定出此时LC电路正在沿逆时针
13、方向充电，A错误，B正确.充电时电流在减小，电感线圈中的磁场能正在减弱，电容器两极板间的电场能正在增大，C、D错误.3.(电磁振荡的周期)在LC振荡电路中，电容器放电时间的长短决定于A.充电电压的大小B.电容器带电荷量的多少C.放电电流的大小D.电容C和电感L的数值12341234.(电磁振荡的周期)如图10所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况.由图可知，电感线圈中的电流正在_(填“增大”“减小”或“不变”).如果电流的振荡周期为T104 s，电容C250 F，则线圈的电感L_ H.图图104减小106解析根据磁感线方向，应用安培定则可判断出电流方向，从而可知电
14、容器在充电，电流会越来越小.考点一电磁振荡的产生及能量变化1.(多选)在LC振荡电路中，若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加，则A.电路中的电流正在增大B.电路中的电场能正在增加C.电路中的电流正在减小D.电路中的电场能正在向磁场能转化基础对点练课时对点练123456789 10111213解析电荷量增加，电容器充电，电场能增加，磁场能减少，电流减小.2.(多选)关于LC振荡电路中电容器两极板上的电荷量，下列说法正确的是A.电荷量最大时，线圈中振荡电流最大B.电荷量为零时，线圈中振荡电流最大C.电荷量增大的过程中，电路中的磁场能转化为电场能D.电荷量减少的过程中，电路中的磁场能转化为电场能1
15、23456789 10111213解析电容器电荷量最大时，振荡电流为零，A错；电荷量为零时，放电结束，线圈中振荡电流最大，B对；电荷量增大时，磁场能转化为电场能，C对；同理可判断D错.3.(多选)在如图1甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，则A.0至0.5 ms内，电容器C正在充电B.0.5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电C.1 ms至1.5 ms内，Q点比P点电势高D.1.5 ms至2 ms内，磁场能在减少123456789 10111213图图1解析由题图乙知0至0.5 ms内i在增大，电容器正在放电，A错误.12
16、3456789 101112130.5 ms至1 ms内，电流在减小，为充电过程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B错误.在1 ms至1.5 ms内，为放电过程，电流方向改变，即电流由Q流向P，则Q点比P点电势高，C正确.1.5 ms至2 ms内，为充电过程，磁场能在减少，D正确.4.如图2所示为一个LC振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断A.t1时刻电感线圈两端的电压最大B.t2时刻电容器两极板间电压为零C.在t2t3时间内，电路中的电场能不断增大D.在t3t4时间内，电容器所带电荷量不断增大123456789 10111213图图2123456789 10111213解析t1时刻因电
17、流最大，电流的变化率是零，自感电动势为零，线圈两端电压最小，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，B错误；在t2t3时间内，电容器处于放电过程，电场能减小，磁场能增大，C错误；在t3t4时间内，电容器处于充电过程，两极板带电荷量不断增大，D正确.5.(多选)在LC电路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是A.电容器放电完毕时刻，电路中的磁场能最小B.电路中的电流最大的时刻，电路中的磁场能最大C.电容器极板上的电荷最多时，电场能最大D.电容器放电完毕时刻，回路中电流最大123456789 10111213解析电容器放电完毕时刻，电流最大，磁场能最大，A错误，B、D正确；
18、电容器极板上的电荷最多时，电场强度最大，电场能最大，C正确.6.在如图3所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则此时A.A板带正电B.线圈L两端电压在增大C.电容器C正在充电D.电场能正在转化为磁场能123456789 10111213图图3解析已知电路中的电流正在增大，则电容器正在放电，由电流的方向知，B板带正电，A、C项错误；线圈L两端电压在减小，电场能正在转化为磁场能，B项错误，D项正确.考点二电磁振荡的周期和频率123456789 10111213123456789 10111213故B正确，A、C、D错误.8.(多选)电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，
19、现发现电子钟每天要慢30 s，造成这一现象的原因可能是A.电池用久了B.振荡电路中电容器的电容大了C.振荡电路中线圈的电感大了D.振荡电路中电容器的电容小了123456789 10111213123456789 10111213解析电子钟变慢，说明LC电路的振荡周期变大，9.(多选)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器C置于储罐中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图4所示.当开关从a拨到b时，由L与C构成的电路中产生周期T2 的振荡电流.当罐中的液面上升时A.电容器的电容减小B.电容器的电容增大C.LC电路的振荡频率减小D.LC电路的振荡频率增大
20、123456789 10111213图图4解析当罐中液面上升时，相当于插入的电介质变多，电容器两极板间的介电常数变大，则电容器的电容C增大，123456789 10111213所以振荡频率减小，故选项B、C正确，A、D错误.10.在如图5所示的电路中，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，那么下列选项图中能正确表示电感器中的电流i随时间t变化规律的是123456789 10111213图图5能力综合练解析S断开前，ab段短路，电流从ba，电容器不带电；12345
21、6789 1011S断开时，ab中产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器C充电，此时电流负向最大；给电容器充电过程，电容器电荷量最大时，ab中电流减为零；此后，LC回路发生电磁振荡形成交变电流.综上所述，选项C正确.121311.如图6所示，LC振荡电路中振荡电流的周期为2102 s，自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当t3.4102 s时，电容器正处于_(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态.此时电容器的上极板_(填“带正电”“带负电”或“不带电”).123456789 10111213图图6充电带正电解析根据题意画出此LC电路的振荡电流随时间的变化图像如图所示.结合图
22、像，t3.4102 s时刻设为图像中的P点，则该时刻正处于反向电流的减小过程，所以电容器正处于反向充电状态，上极板带正电.12.LC振荡电路的电容C556 pF，电感L1 mH，若能向外发射电磁波，则其周期是多少？电容器极板所带电荷量从最大变为零，经过的最短时间是多少？123456789 10111213答案4.68106 s1.17106 s4.68106 s13.实验室里有一水平放置的平行板电容器，知道其电容C1 F.在两极板上带有一定电荷时，发现一带负电的粉尘恰好静止在两极板间.手头上还有一个电感L0.1 mH的电感器，现连成如图7所示电路，分析以下问题：(重力加速度为g)(1)从S闭合时开始计时，至少经过多长时间电容器电场方向向上？此时粉尘的加速度大小是多少？123456789 10111213图图7答案 105 s2g解析开关断开时，电容器内带负电的粉尘恰好静止，说明电场力方向向上，电场方向向下，且F电mg，123456789 10111213(2)从S闭合时开始计时，至少经过多长时间线圈中电流最大？此时粉尘的加速度大小是多少？123456789 10111213本课结束
