电磁振荡+高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第四章

电磁振荡与电磁波

时至今日，我们仍然能够接收到200亿千米之外旅行者1号发来的信息。电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，极大地改变了人们的生活，开阔了我们的视野。4.1电磁振荡问题导入

水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢?不断地击打水面

把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。

先把开关置于电源一侧，为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。观察电脑显器显示的电压波形。演示观察振荡电路中电压的波形ECSL一个周期性变化放电充电充电放电ｑｉｑｉｑｉｑｉ++++----++++----q=Qmi=0q=Qmi=0q=0i=Imq=0i=Im一、电磁振荡的产生①振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流②振荡电路：能够产生振荡电流的电路。③LC振荡电路：想一想与交流电有何区别？ECSL

当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的LC振荡电路。1.概念电容器充放电和线圈的自感现象共同作用产生的电容器具有充、放电作用线圈具有自感作用－－－－L++++CUCULLC电磁振荡的产生原理电磁振荡的充放电过程+-+-+-+-+-放电充电放电充电①电容器充电结束，两极板上的电荷量最多。②电容器开始放电，回路中电流从0开始逐渐增到最大。两极板电荷量从最大减为0。③自感线圈给电容器充电结束，回路中电流从最大减为0，两极板电荷量从0变回最大。⑤自感线圈给电容器充电，于是整个电路回到最开始状态。④电容开始反向放电2.振荡电路的工作原理电流I0t+-电容器电量Q0t+-+-+-+-放电充电放电充电3.电流、电量的变化图像一个周期内两次充放电

在整个过程中，电路中的电流i、电荷量q、电场强度E、磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。

电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同，但它们还是具有一些共同的特点。在机械振动中，例如在单摆的振动中，位移x、速度v、加速度a这几个物理量周期性地变化。在电磁振荡中，电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量也在周期性地变化。

在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化。那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的?二、电磁震荡中的能量变化电场能(1)电场能与磁场能交替转化(2)总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量磁场能电场能磁场能电场能电场能EE磁场能EB)充电磁感强度B电容器带电量ｑ电路中电流ｉ同步变化同步变化步调相反两极间场强E放电B(i)

0tE(Q)

电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化t0磁场能EB

电场能EE

Q、B、i、E变化周期T电场能、磁场能变化周期①放电过程:电场能转化为磁场能，q↓

(E↓EE↓)

→i↑

(B↑EB↑),

②充电过程:磁场能转化为电场能，q↑

(B↑EB↑)→i↓

(B↓EB↓,)

放电充电充电放电D.磁场能正在向电场能转化【例题】某时刻LC回路的状态如图所示,则此时刻()A.振荡电流i正在减小B.振荡电流i

正在增大C.电场能正在向磁场能转化

CL由电流方向和电容器上电量可判断电路中正在充电.ADLC振荡电路充、放电过程的判断方法：（1）根据电流流向判断，当电流流向带正电的极板时，处于充电过程；反之，处于放电过程。（2）根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q（U、E）增大时，处于充电过程；反之，处于放电过程。（3）根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。理想情况(等幅震荡)能量有损耗如果能够适时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡。实际电路中由电源通过电子器件为LC电路补充能量。内能电磁波周期：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间。三、电磁振荡的周期和频率频率：一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率。

电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些?线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些？根据讨论结果，定性分析LC电路的周期（频率）与电容C、电感L的关系。1.周期和频率：①式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz。②适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路物周期和频率符合我们的需要。③增大周期的方法：L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯。注意：在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化。理论分析表明，LC电路的周期T与电感L、电容C的关系是④由振荡回路本身特性所决定的振荡周期和频率，叫做振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。【例题】（多选）对振荡电路，下列说法正确的是（）B．振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为A．振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的时间为C．振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化周期为D．振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期为CD【例题】如图所示为理想LC振荡回路，某时刻电容器极板带电情况和线圈中的磁场方向如图，下列哪些说法是正确的（）A.此时电容器正在充电B.此时线圈中的磁场能在减少C.若在线圈中插入铁芯，振荡电流的频率增大D.若增大电容器极板间距，振荡电流的频率增大D课堂小结1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流2.振荡电路：能够产