《电磁振荡》

1、第十四章：电磁波第十四章：电磁波第第2 2节：电磁振荡节：电磁振荡演示：演示：LC振荡实验振荡实验观察电流表指针的变化观察电流表指针的变化1振荡电流：振荡电流：这种电路这种电路产生的大小和方向做周期性产生的大小和方向做周期性变化的电流，叫振荡电流。变化的电流，叫振荡电流。2能够产生振荡电流的能够产生振荡电流的电路叫电路叫振荡电路振荡电路。如图所示。如图所示是一种简单的振荡电路，称是一种简单的振荡电路，称为为LC振荡电路振荡电路。 3LC回路产生的振荡回路产生的振荡电流按电流按正弦规律正弦规律变化。变化。GCSL说明说明:由由LC回路回路产生的振荡电流产生的振荡电流也是一种也是一种交变电交变电流

2、流，只是它的频，只是它的频率比照明用交变率比照明用交变电流的电流的频率高频率高得得多。多。一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生+i0oqtt反向反向放电放电正向正向充电充电正向正向放电放电反向反向充电充电反向反向放电放电正向正向充电充电正向正向放电放电反向反向充电充电思考：充电过程：电容器的电荷思考：充电过程：电容器的电荷q、电压、电压u、电场、电场E、电场能、电场能E电电怎么变？线圈的电流怎么变？线圈的电流i、磁场、磁场B、磁、磁场能场能E磁磁怎么变？放电过程呢？怎么变？放电过程呢？i0oqtt(1) 两个物理过程：两个物理过程：放电过程；放电过程；电场能转化为磁场能，电场能转化为磁场能，q

3、(u、E、E电电） i（B、E磁磁）充电过程：充电过程：磁场能转化为电场能，磁场能转化为电场能，q(u、E、E电电） i（B、E磁磁）充电完毕状态：充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。能最大，磁场能最小。放电完毕状态：放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。能最大，电场能最小。LC回路工作过程具有回路工作过程具有对称性对称性和和周期性周期性，可归结为：，可归结为：(2) 两个特殊状态：两个特殊状态：1 1电磁振荡的特点电磁振荡的特点三、电磁振荡的变化规律三、电磁振荡的变化规律(1)总能量守恒

4、电场能磁场能恒量总能量守恒电场能磁场能恒量电场能磁场能放电放电充电充电2 2电磁振荡的变化规律电磁振荡的变化规律(2)电场能与磁场能交替转化电场能与磁场能交替转化电容器电压电容器带电量电路中电流同步变同步变化化同步变同步变化化步调相反步调相反三、电磁振荡的变化规律三、电磁振荡的变化规律电磁振荡：电磁振荡：在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷器极板上的电荷q、通过线圈的电流、通过线圈的电流i、以及跟电、以及跟电流和电荷相联系的磁场流和电荷相联系的磁场B和电场和电场E等都发生周期性等都发生周期性的变化，这种现象叫做电磁振荡。的变化，这种现象叫做

5、电磁振荡。两类量：两类量：第一类：第一类：电容器的电荷电容器的电荷q、电压、电压u、电场、电场E、电场能电场能E电电。第二类：第二类：线圈的电流线圈的电流i、磁场、磁场B、磁场能、磁场能E磁磁。两类量的变化规律相反两类量的变化规律相反。充电充电:第一类增大时第二类减小；第一类达最第一类增大时第二类减小；第一类达最大时第二类为零。放电反之。大时第二类为零。放电反之。小结：小结：LC振荡电路产生振荡电流的物理原因是振荡电路产生振荡电流的物理原因是电容器的充放电作用和线圈的自感电容器的充放电作用和线圈的自感 作用；作用；LC振荡电路产生振荡电流的物理实质是振荡电路产生振荡电流的物理实质是电场能和磁场

6、能的周期性转换。电场能和磁场能的周期性转换。在解决振荡电路问题时，电场能与磁场在解决振荡电路问题时，电场能与磁场能的交替转化是解决问题的线索和关键；与电能的交替转化是解决问题的线索和关键；与电场能和磁场能相关的各量的变化规律是解决问场能和磁场能相关的各量的变化规律是解决问题的依据；题的依据；qt 和和It 图线及其相互转化是解图线及其相互转化是解决问题的直观手段。决问题的直观手段。iOtiOt二、阻尼振荡和无阻尼振荡二、阻尼振荡和无阻尼振荡1阻尼振荡阻尼振荡2等幅振荡（实际应用）等幅振荡（实际应用）2在一个周期内，振荡电流的方向改变两在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能次；电场能(或磁

7、场能或磁场能)完成两次周期性变化。完成两次周期性变化。1周期和频率：周期和频率：电磁振荡完成一次周期性电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率。变化的次数叫做频率。LC回路的周期和频率由回路本身的特性决回路的周期和频率由回路本身的特性决定。这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周定。这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期期(或频率或频率)叫做振荡电路的固有周期叫做振荡电路的固有周期(或固有频或固有频率率)，简称振荡电路的周期，简称振荡电路的周期(或频率或频率)。三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率大量实验表

8、明：大量实验表明：（1）电容增大时，周期变长（频率变低）；）电容增大时，周期变长（频率变低）；（2）电感增大时，周期变长（频率变低）；）电感增大时，周期变长（频率变低）；（3）电压升高时，周期不变（频率不变）。）电压升高时，周期不变（频率不变）。结果表明，结果表明，LC LC 回路的周期和频率只与电回路的周期和频率只与电容容C C和自感和自感L L有关，跟电容器的带电多少和回有关，跟电容器的带电多少和回路电流大小无关路电流大小无关定性解释：定性解释：电容越大，电容器容纳电荷就越多，充电容越大，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，电和放电所需的时间就越长，因此周期越长

9、，频率越低；自感越大，线圈阻碍电流变化的频率越低；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，因此周作用就越大，使电流的变化越缓慢，因此周期越长，频率越低期越长，频率越低LCfLCT212LC回路的周期和频率公式回路的周期和频率公式 (1)式中各物理量式中各物理量T、L、C、f的单位分别是的单位分别是s、H、F、Hz(2)适当地选择电容器和线圈，可使振荡电适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路物周期和频率符合我们的需要。路物周期和频率符合我们的需要。1某时刻某时刻LC回路的状态回路的状态如图所示，则此时刻（如图所示，则此时刻（ ）A振荡电流振荡电流i正在减小正在减小B振荡电流振荡

10、电流 i 正在增大正在增大C电场能正在向磁场能转化电场能正在向磁场能转化D磁场能正在向电场能转化磁场能正在向电场能转化AD 由电流由电流方向和电容方向和电容器上电量可器上电量可判断电路中判断电路中正在充电。正在充电。+ + + +LC练习：练习：2 LC回路中电容回路中电容两端的电压随时间变化两端的电压随时间变化的关系如图所示，则的关系如图所示，则（ ）A在时刻在时刻t1，电路中的电流最大，电路中的电流最大B在时刻在时刻t2 ，电路中的磁场能最大，电路中的磁场能最大C在时刻在时刻t2至至t3，电路中电场能不断增大，电路中电场能不断增大D在时刻在时刻t3至至t4，电容的带电量不断增大，电容的带电量不断增大BCOUtt1t2t3t4练习：练习：3如图所示的如图所示的LC振荡振荡电路正处在振荡过