高中物理 拓展阅读14.2电磁振荡同步素材 新人教版选修3-4

电磁振荡学习过程一、电磁振荡产生的过程1、电容器通过线圈的放电过程放电开始，电流增大，线圈中产生阻碍电流增大的自感电动势，如图所示。当电流达到最大时经历的时间为周期，在这段时间里电容器极板上的电量由最大减小到零，电场能转化为磁场能，磁场由零增大到最大。2、电容器反向充电过程前周期结束时，电流从最大值开始减小，线圈中产生阻碍电流减小的自感电动势，这时线圈如同一电源向电容器充电，如图所示。电容器下极板积累的电量为正电荷，上极板为负电荷。当电流减小到零的时间为第二个周期，这段时间里电容器的电量逐渐增大，电场增强，磁场减弱。前两个周期，电流方向没变，始终为顺时针方向。电场方向和磁场方向各改变一次。3、电容器反向放电过程同第一个周期相似的是电场能向磁场能转化，只是电流是逆时针方向增大。如图所示，这是第三个周期。4、电容器再次充电过程同第二个周期相似的是磁场能向电场能转化，只是电流是逆时针方向减小。如图所示，这是第四个周期。后两个周期，电流方向始终是逆时针方向，电场方向和磁场方向也各改变一次。下个周期开始时，又重复第一个周期的变化。t1=0t1t2t2=t2t3t3=t3t4t4=Tt4t5 t5=T电容极板（上）带电量q正最大变小0变大负最大变小0变大正最大电势差u正最大变小0变大负最大变小0变大正最大场强大小最大变小0变大最大变小0变大最大场强方向竖直向下竖直向下竖直向上竖直向上竖直向上竖直向下竖直向下电场能最大变小0变大最大变小0变大最大电流大小0变大最大变小0变大最大变小0电流方向逆时针逆时针逆时针顺时针顺时针顺时针磁场能0变大最大变小0变大最大变小0二、电流和电量的变化图线如图所示，t=0时刻LC回路中电流为零时，电容器极板上电量为最大，T时刻电流达到最大时，电容器极板上电量为零。由T到T时间内，电流逐渐减小，极板电量又逐渐增大，这时电容器被反向充电。T到T时间内，电容器又反向放电，电流逐渐增大，电容器极板电量减小。T到T时间内，电容又被充电。从图线的对应时刻看，T时刻电流最大，磁场最强，电量为零，电场为零。T时刻电流为零，磁场为零，电量最大，电场最强。T电流反向最大，磁场与T反向达到最大，电场为零。T时刻与零时刻相同，电流为零，磁场为零，电量最大，电场最强。零时刻起到T时刻一个振荡周期中，电流两次出现最大，磁场两次出现最强，电量两次出现最大，电场两次出现最强。电流分别在T和T时刻各改变一次方向，电场分别在T和T各改变一次方向。三、振荡的周期和频率电磁振荡完成上述一次周期性变化需要的时间与线圈的自感系数L的大小和电容器电容C的大小有关，T=2。单位时间完成周期性变化的次数，即频率为f=。因此改变L和C的大小即可改变LC电路的周期和频率。知识总结在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。振荡过程综述：（1）充电完毕（充电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。（2）放电完毕（放电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。（3）充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。（4）放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向磁场能转化。注意：分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）：理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中的总和不变。回路中电流越大时，L中的磁场能越大（磁通量越大）。极板上