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4.1 电磁振荡
新粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册 第四章
新课引入
正弦式交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，它的波形图与单摆振动的位移-时间图像很相似，电磁学中是否也有类似的单摆振动的规律呢？
水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。
电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？
新课引入
发生电磁感应现象，A、B间产生感应电动势
【思考问题】（1）如图（b）所示，把电流计拿走，当一条形磁铁不断插入和拔出线圈时。电路断开处的A、B两点间有电压吗？
情境：如图（a）所示，一个电流计与一个闭合线圈连接。当一条形磁铁不断插入和拔出线圈时，电流表的指针会不断摆动。
振荡电流的产生
两板之间会产生大小和方向不断变化的电场，电容器在不断地进行充、放电
（2）如图（c）所示，在A、B两点间接入一个平行板电容器，当条形磁铁不断插入和拔出线圈时，电容器会发生什么现象？
情境：如图（a）所示，一个电流计与一个闭合线圈连接。当一条形磁铁不断插入和拔出线圈时，电流表的指针会不断摆动。
振荡电流的产生
（3）如图（d）所示，如果将一个充满了电的电容器与线圈连接，会发生什么现象？
情境：如图（a）所示，一个电流计与一个闭合线圈连接。当一条形磁铁不断插入和拔出线圈时，电流表的指针会不断摆动。
振荡电流的产生
振荡电流的产生
1、振荡电流的定义：大小和方向都做周期性变化的电流。振荡电流是一种频率很高的交变电流。
2、振荡电路：能产生振荡电流的电路。
3、LC振荡电路：由线圈和电容器组成的电路是最基本的振荡电路。
在如左图所示的电路中，先将开关S扳到a处，此时电容器开始充电，观察电流计指针是否会摆动。再将开关S扳到b处，观察电流计指针是否会摆动以及如何摆动。
将电流计换成示波器，观察示波器中显示的图像(如右图所示），图像呈现怎样的规律？
1.某一电容器电容为C,电压为U，该电容器储存的电场能是多少？
2.某一电感自感系数为L,电流为i，该电感储存的磁场能是多少？
3.前面的实验中，我们看到电流的变化，整个过程中，能量是如何变化的呢，？
电磁振荡中能量的转化
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这几个物理量也在周期性地变化。
新课讲授
电磁振荡中能量的转化
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
新课讲授
q最大，u最大
i最小，B最小
q最小，u最小
i最大，B最大
q最大，u最大
i最小，B最小
q最小，u最小
i最大，B最大
q最大，u最大
i最小，B最小
放电
反向充电
反向放电
充电
电场能向磁场能转化
磁场能向电场能转化
电场能向磁场能转化
磁场能向电场能转化
下摆
重力势能能向动能转化
上摆
动能能向重力势能转化
下摆
重力势能能向动能转化
上摆
动能能向重力势能转化
周而复始
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电磁振荡中能量的转化
电场能相当于摆球的势能
磁场能相当于摆球的动能
新课讲授
新课讲授
电磁振荡中能量的转化
电路中电流的变化过程：
新课讲授
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电磁振荡中能量的转化
电容器所带电量的变化过程：
1、电磁振荡的周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期。
2、电磁振荡的频率：在一段时间内做周期性变化的次数与所用时间之比。
新课讲授
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电磁振荡的周期和频率
【思考问题】电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些？线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些？根据讨论结果，定性分析LC电路的周期（频率）与电容C、电感L的关系。
电容越大，电容器容纳电荷就越多，充电和放电所需的时间就越长，因此周期越长，频率越低；自感越大，线圈阻碍电流变化的作用就越大，使电流的变化越缓慢，因此周期越长，频率越低。
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电磁振荡的周期和频率
②改变周期的方法
L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯。
新课讲授
理论分析表明，LC电路的周期T与电感L、电容C的关系是
①式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz。
注意：在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化。
新课讲授
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电磁振荡的周期和频率
1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流
2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路。
3.LC振荡电路：当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路。
4.电磁振荡：在整个过程中，电路中的电流i、电荷量q、电场强度E、磁感应强度B，都在周期性地变化着。
5.电磁振荡的周期和频率
课堂小结
1.如图为LC振荡电路，某时刻，电容器上极板带正电，线圈中电流产生的磁场方向向上，此时刻下列说法中正确的是（　　）
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减小
D．该时刻自感电动势正在阻碍电流减小
B
练习
2.如图所示为LC回路中电流i 随时间t变化的图像，可知(　　 )
A.在t1时刻，电路中的电场能最大
B.在t1到t2，电容器极板上的电荷逐渐减少
C.从t2到t3，电容器放电
D.在t2时刻，线圈中磁场能最小
CD
练习
3.振荡电路在测量、自动控制、无线电通讯及遥控等许多领域有广泛应用。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 s～2×10－6 s内，下列说法正确的是(　　)
B
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
练习
4.电磁波发射电路中的LC电磁振荡电路如图所示，某时刻电路中正形成图示方向的电流，此时电容器的下极板带正电，上极板带负电，下列说法错误的是（　　）
B
练习
A．线圈中的磁场方向向上且电流正在变大
B．电容器中的电场方向向上且极板间的电势差正在变大
C．若在线圈中插入铁芯，则发射的电磁波频率变小
D．若减少电容器极板间的正对面积，则发射的电磁波波长变短
6.甲、乙、丙、丁四个LC振荡电路，某时刻振荡电流i的方向如图中箭头所示。下列对各回路情况的判断正确的是（ ）
BD
练习
A．若甲电路中电流i正在增大，则该电路中电容器两端的电压必定在增大
B．若乙电路中电流i正在增大，则该电路中电容器的电场方向必定向下
C．若丙电路中电流i正在减小，则该电路中线圈周围的磁场必定在增强
D．若丁电路中电流i正在减小，则该电路中电容器的电场方向必定向上

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