電磁振蕩+高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

第四章

電磁振蕩與電磁波

時至今日，我們?nèi)匀荒軌蚪邮盏?00億千米之外旅行者1號發(fā)來的信息。電磁波的發(fā)現(xiàn)和使用帶來了通信技術(shù)的發(fā)展，極大地改變了人們的生活，開闊了我們的視野。4.1電磁振蕩問題導(dǎo)入

水波是由機(jī)械振動形成的。一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是要形成持續(xù)的水波，則需要不斷地?fù)舸蛩?。電視、廣播接收的是電磁波，要產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，需要持續(xù)變化的電流。怎樣才能產(chǎn)生這樣的電流呢?不斷地?fù)舸蛩?/p>

把線圈、電容器、電源和單刀雙擲開關(guān)按照圖連成電路。把電壓傳感器（或示波器）的兩端連在電容器的兩個極板上。

先把開關(guān)置于電源一側(cè)，為電容器充電;稍后再把開關(guān)置于線圈一側(cè)，使電容器通過線圈放電。觀察電腦顯器顯示的電壓波形。演示觀察振蕩電路中電壓的波形ECSL一個周期性變化放電充電充電放電ｑｉｑｉｑｉｑｉ++++----++++----q=Qmi=0q=Qmi=0q=0i=Imq=0i=Im一、電磁振蕩的產(chǎn)生①振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流②振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。③LC振蕩電路：想一想與交流電有何區(qū)別？ECSL

當(dāng)開關(guān)置于線圈一側(cè)時，由電感線圈L和電容C組成的電路，就是最簡單的LC振蕩電路。1.概念電容器充放電和線圈的自感現(xiàn)象共同作用產(chǎn)生的電容器具有充、放電作用線圈具有自感作用－－－－L++++CUCULLC電磁振蕩的產(chǎn)生原理電磁振蕩的充放電過程+-+-+-+-+-放電充電放電充電①電容器充電結(jié)束，兩極板上的電荷量最多。②電容器開始放電，回路中電流從0開始逐漸增到最大。兩極板電荷量從最大減為0。③自感線圈給電容器充電結(jié)束，回路中電流從最大減為0，兩極板電荷量從0變回最大。⑤自感線圈給電容器充電，于是整個電路回到最開始狀態(tài)。④電容開始反向放電2.振蕩電路的工作原理電流I0t+-電容器電量Q0t+-+-+-+-放電充電放電充電3.電流、電量的變化圖像一個周期內(nèi)兩次充放電

在整個過程中，電路中的電流i、電荷量q、電場強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B，都在周期性地變化著。這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。

電磁振蕩與機(jī)械振動雖然有著本質(zhì)的不同，但它們還是具有一些共同的特點。在機(jī)械振動中，例如在單擺的振動中，位移x、速度v、加速度a這幾個物理量周期性地變化。在電磁振蕩中，電荷量q、電流i、電場強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B這幾個物理量也在周期性地變化。

在機(jī)械振動中，動能與勢能周期性地相互轉(zhuǎn)化。那么，在電磁振蕩中，能量是如何轉(zhuǎn)化的?二、電磁震蕩中的能量變化電場能(1)電場能與磁場能交替轉(zhuǎn)化(2)總能量守恒＝電場能＋磁場能＝恒量磁場能電場能磁場能電場能電場能EE磁場能EB)充電磁感強(qiáng)度B電容器帶電量ｑ電路中電流ｉ同步變化同步變化步調(diào)相反兩極間場強(qiáng)E放電B(i)

0tE(Q)

電磁振蕩的過程中，電場能和磁場能發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化t0磁場能EB

電場能EE

Q、B、i、E變化周期T電場能、磁場能變化周期①放電過程:電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，q↓

(E↓EE↓)

→i↑

(B↑EB↑),

②充電過程:磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，q↑

(B↑EB↑)→i↓

(B↓EB↓,)

放電充電充電放電D.磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化【例題】某時刻LC回路的狀態(tài)如圖所示,則此時刻()A.振蕩電流i正在減小B.振蕩電流i

正在增大C.電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化

CL由電流方向和電容器上電量可判斷電路中正在充電.ADLC振蕩電路充、放電過程的判斷方法：（1）根據(jù)電流流向判斷，當(dāng)電流流向帶正電的極板時，處于充電過程；反之，處于放電過程。（2）根據(jù)物理量的變化趨勢判斷：當(dāng)電容器的帶電荷量q（U、E）增大時，處于充電過程；反之，處于放電過程。（3）根據(jù)能量判斷：電場能增加時，充電；磁場能增加時，放電。理想情況(等幅震蕩)能量有損耗如果能夠適時地把能量補(bǔ)充到振蕩電路中，以補(bǔ)償能量損耗，就可以得到振幅不變的等幅振蕩。實際電路中由電源通過電子器件為LC電路補(bǔ)充能量。內(nèi)能電磁波周期：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間。三、電磁振蕩的周期和頻率頻率：一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率。

電容較大時，電容器充電、放電的時間會長些還是短些?線圈的自感系數(shù)較大時，電容器充電、放電的時間會長些還是短些？根據(jù)討論結(jié)果，定性分析LC電路的周期（頻率）與電容C、電感L的關(guān)系。1.周期和頻率：①式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz。②適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要。③增大周期的方法：L：線圈的大小、形狀、匝數(shù)、鐵芯。注意：在一個周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場能（或磁場能）完成兩次周期性變化。理論分析表明，LC電路的周期T與電感L、電容C的關(guān)系是④由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期和頻率，叫做振蕩電路的固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率?！纠}】（多選）對振蕩電路，下列說法正確的是（）B．振蕩電路中，電場能與磁場能的轉(zhuǎn)化周期為A．振蕩電路中、電容器充電或放電一次所用的時間為C．振蕩過程中，電容器極板間電場強(qiáng)度的變化周期為D．振蕩過程中，線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化周期為CD【例題】如圖所示為理想LC振蕩回路，某時刻電容器極板帶電情況和線圈中的磁場方向如圖，下列哪些說法是正確的（）A.此時電容器正在充電B.此時線圈中的磁場能在減少C.若在線圈中插入鐵芯，振蕩電流的頻率增大D.若增大電容器極板間距，振蕩電流的頻率增大D課堂小結(jié)1.振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流2.振蕩電路：能夠產(chǎn)