高中物理第十四章电磁波14.2电磁振荡.ppt

2,.,电磁振荡,1,.,知道什么是,LC,振荡电路和振荡电流。,2,.,知道,LC,电路中振荡电流的产生过程及相关物理量的变化情况。,3,.,知道产生电磁振荡过程中,LC,振荡电路中的能量转换情况,知道振荡电路中能量损失的途径以及得到等幅振荡的方法。,4,.,知道什么是电磁振荡的周期和频率,了解,LC,电路的周期和频率公式。,1,2,1,.,电磁振荡的产生,(1),振荡电流,:,大小和方向都随时间做,周期性,迅速变化的电流,叫作振荡电流。,(2),振荡电路,:,能产生,振荡电流,的电路叫作振荡电路。由,线圈,L,和,电容器,C,组成的电路是最简单的振荡电路,称为,LC,回路。,(3),振荡过程,:,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,从此时起,电容器要对线圈放电。,1,2,放电过程,:,由于线圈的,自感,作用,放电电流不能立刻达到最大值,由,0,逐渐增大,同时电容器极板上的电荷,减少,。放电完毕时,极板上的电荷为零,放电电流达到,最大,。该过程电容器储存的,电场,能转化为线圈的,磁场,能。,充电过程,:,电容器放电完毕,由于线圈的,自感,作用,电流并不会立刻消失,而要保持原来的方向继续流动,并逐渐减小,电容器开始,反向充电,极板上的电荷逐渐,增加,当电流减小到零时,充电结束,极板上的电荷量达到,最大,。该过程线圈中的,磁场,能又转化为电容器的,电场,能。此后电容器再放电、再充电,周而复始,于是电路中就有了周期性变化的振荡电流。,1,2,(4),电磁振荡的分类,无阻尼振荡,:,在电磁振荡中,如果没有,能量,损失,振荡将永远持续下去,振荡电流的,振幅,永远保持不变。这种振荡叫作无阻尼振荡。,阻尼振荡,:,由于电路中有电阻,电路中的能量有一部分要转化成,内能,还有一部分能量以,电磁波,的形式辐射到周围空间去了,这样,振荡电路中的能量逐渐损耗,振荡电流的,振幅,逐渐减小,直到停止振荡。这种振荡叫作阻尼振荡。,1,2,2,.,电磁振荡的周期和频率,(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,:,单位时间内完成的周期性变化的,次数,叫作频率。,如果振荡电路没有能量损失,也不受外界影响,这时的周期和频率分别叫作,固有,周期和,固有,频率。,一,二,一、电磁振荡过程中各物理量的变化情况,给,LC,电路提供能量后,利用电容器的充放电和线圈产生自感的作用,使,LC,电路中产生电流,同时电容器极板上电荷量,q,及与,q,相关联的电场,(,E,U,E,E,),通电线圈的电流,i,及与,i,相关联的磁场,(,B,E,B,),都发生周期性变化的现象,称电磁振荡。其中,产生的大小和方向都周期性变化的电流称振荡电流。产生振荡电流的电路称振荡电路。最简单的振荡电路是,LC,振荡电路。,一,二,1,.,各物理量变化情况一览表,一,二,一,二,2,.,振荡电流、极板带的电荷量随时间的变化图象,如图所示,特别警示,电磁振荡过程中磁场能与电流,i,对应,电场能与所带电荷量,q,对应,在等幅振荡中,磁场能与电场能的总量保持不变。,一,二,二、,LC,电路中各量间的变化规律及对应关系,1,.,同步同变关系。,在,LC,电路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量,:,所带电荷量,q,、电场强度,E,、电场能,E,E,是同步同向变化的,即,q,E,E,E,(,或,q,E,E,E,),。,振荡线圈上的物理量,:,振荡电流,i,、磁感应强度,B,、磁场能,E,B,也是同步同向变化的,即,i,B,E,B,(,或,i,B,E,B,),。,一,二,2,.,同步异变关系。,在,LC,电路产生电磁振荡的过程中,电容器上的三个物理量,q,、,E,、,E,E,与线圈中的三个物理量,i,、,B,、,E,B,是同步异向变化的,即,q,、,E,、,E,E,同时减小时,i,、,B,、,E,B,同时增大,且它们是同步的,也即,q,、,E,、,E,E,i,、,B,、,E,B,。,3,.,物理量的等式关系。,一,二,4,.,极值、图象的对应关系。,如图所示,i=,0,时,q,最大,E,最大,E,E,最大,E,自,(,E,自,为自感电动势,),最大。,q=,0,时,i,最大,B,最大,E,B,最大,E,自,=,0,。,对于电场,E,与磁场,B,以及电场能,E,E,与磁场能,E,B,随时间变化的图象也有这样的对应关系。图象能更直观地反映同步异变关系和极值对应关系。,一,二,特别警示,判断,LC,电路处于放电过程还是充电过程的方法,:,当电流流向带正电的极板,电荷量增加,磁场能向电场能转化,电场能增加,电流减小,磁场能减少,处于充电过程,;,当电流流出带正电的极板,电荷量减少,电场能向磁场能转化,电场能减少,电流增大,磁场能增加,处于放电过程。,类型一,类型二,LC,振荡电路的振荡过程,【例,1,】,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,回路中磁场能最小,B.,回路中电流值最大时刻,回路中磁场能最大,C.,电容器极板上电荷最多时,电场能最大,D.,回路中电流值最小时刻,电场能最小,点拨：,熟悉电磁振荡过程中相关物理量的变化规律是分析此类问题的关键。,解析：,电容器放电完毕时,q=,0,但此时,i,最大,所以磁场能最大,则,A,项错误,;,电流最小,i=,0,时,q,最多,极板间电场最强,电场能最大,则,D,项错误,;,同理分析,选项,B,、,C,正确。,答案：,BC,类型一,类型二,题后反思,q,决定了电容器极板间的电场强弱和电场能的大小,i,决定了线圈中磁场强弱和磁场能的大小。因为电荷总量恒定,所以当,q=,q,max,时,i=,0;,当,i=,i,max,时,q=,0,从另一方面看,:,电容器充电时,q,i,;,放电时,q,i,。关键是分析,q,或,i,的变化,只要能确定一个量值的变化情况,就能分析出另一个量值的变化。,类型一,类型二,决定振荡频率的因素,【例,2,】,为了增大,LC,振荡电路的固有频率,下列办法可采取的是,(,),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,类型一,类型二,类型一,类型二,题后反思,要解决此类问题,首先要明确,LC,振荡电路的固有频率与,L,、,C,的关系,还要明确电感线圈的自感系数,L,及电容器的电容,C,由哪些因素决定。,L,一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的,介电常数,r,、极板正对面积,S,及板间距离,d,有关。,