高中物理 第十四章 电磁波 14.2 电磁振荡课件 新人教版选修34.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 ee 通电线圈的电流i及与i相关联的磁场 b eb 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ee是同步同向变化的 即q e ee 或q e ee 振荡线圈上的物理量 振荡电流i 磁感应强度b 磁场能eb也是同步同向变化的 即i b eb 或i b eb 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 ee与线圈中的三个物理量i b eb是同步异向变化的 即q e ee同时减小时 i b eb同时增大 且它们是同步的 也即q e ee i b eb 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 ee最大 e自 e自为自感电动势 最大 q 0时 i最大 b最大 eb最大 e自 0 对于电场e与磁场b以及电场能ee与磁场能eb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 qmax时 i 0 当i imax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