2012高考物理专题复习精品：电磁振荡电磁波相对论（教师版）.doc免费

第十二章 电磁振荡电磁波 相对论 第一节 电磁振荡 电磁波 基础知识 一、电磁振荡 在振荡电路里产生振荡电流的过程中，由容器极板上的电荷，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的现象，叫做电磁振荡。 1. LC振荡电路 由自感线圈和电容器组成的电路就是最简单的振荡电路，简称LC回路。 在LC回路里，产生的大小和方向都做周期性变化的电流，叫做振荡电流。 如图所示，先将电键S和1接触，电键闭合后电源给电容器C充电，然后S和2接触，在LC回路中就出现了振荡电流。大小与方向都做同期性变化的电流叫振荡电流． 2．电磁振荡 在产生振荡电流的过程中，电容器上极板上的电荷q，电路中的电流i，电容器内电场强度E，线圈中磁感应强度B都发生周期性的变化，这种现象叫做电磁振荡． （1）从振荡的表象上看：LC振荡过程实际上是通过线圈L对电容器C充、放电的过程。 （2）从物理本质上看：LC振荡过程实质上是磁场能和电场能之间通过充、放电的形式相互转化的过程。 3．振荡的周期和频率 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期。一秒钟内完成的周期性变化的次数叫做频率。在电磁振荡发生时，如果不存在能量损失，也不受外界其它因素的影响，这时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。理论研究表明，周期T和频率f跟自感系数L和电容C的关系：　 注意：当电路定了，该电路的周期与频率就是定值，与电路中电流的大小，电容器上带电量多少无关． 4．LC振荡过程中规律的表达。 （1）定性表达。在LC振荡过程中，磁场能及与磁场能相关的物理量（如线圈中电流强度、线圈电流周围的磁场的磁感强度、穿过线圈的磁通量等）和电场能及与电场能相关的物理量（如电容器的极板间电压、极板间电场的电场强度、极板上电量等）都随时间做周期相同的周期性变化。这两组量中，一组最大时，另一组恰最小；一组增大时，另一组正减小。这一特征正是能的转化和守恒定律所决定的。 （2）定量表达。在LC振荡过程中，尽管磁场能和电场能的变化曲线都比较复杂，但与之相关的其他物理量和变化情况却都可以用简单的正（余）弦曲线给出定量表达。以LC振荡过程中线圈L中的振荡电流i（与磁场能相关）和电容器C的极板间交流电压u（与电场能相关）为例，其变化曲线分别如图中所示。 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）： ⑴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。 ⑵回路中电流越大，L中的磁场能越大（磁通量越大）。 ⑶极板上电荷量越大，C中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）。 因此LC回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数。 5．LC振荡过程的阶段分析和特殊状态 如图所示，在O、t2、t4时刻，线圈中振荡电流i为0，磁场能最小，而电容器极板间电压u恰好达到最大值，电场能最多，在t1、t3时刻则正相反，振荡电流、磁场能均达到最大值，而电压为0，电场能最少。在O→t1和t2→t3阶段，电流增强，磁场能增多，而电压降低，电场能减小，这是电容器放电把电场能转化为磁场能的阶段；在t1→t2和t3→t4阶段，电流减弱，磁场能减小，而电压升高，电场能增多，这是电容器充电把磁场能转化为电场能的阶段。 例1．在如图所示的L振荡电路中，当线圈两端MN间电压为零时，对电路情况的叙述正确的是（ AD ） A．电路中电流最大 B．线圈内磁场能为零 C．电容器极板上电量最多 D．电容器极板间场强为零 解析：MN间电压为零，即电容器极板间电压为零，这时极板上无电荷，故板间场强为零，电路中电流强度最大，线圈中磁场能最大． 说明：在LC振荡电路中，由于线圈有自感作用，且线圈无电阻，它的电压和电流关系就不同于一般直流电路，决不能用直流电路的知识来进行研究．对于LC振荡电路中的一般问题，可通过电容器的有关知识和能量转换关系来分析求解． 例2．如图所示电路，K先接通a触点，让电容器充电后再接通b触点．设这时可变电容器电容为C，线圈自感系数为L， （1）经过多长时间电容 C上电荷第一次释放完？ （2）这段时间内电流如何变化？两端电压如何变化？ （3）在振荡过程中将电容C变小，与振荡有关的物理量中哪些将随之改变？哪些将保持变化？ 解析：（1）极板上电行由最大到零需要1／4周期时间，所以t=T/4=π （2）从能量角度看，电容器释放电荷，电场能转变为磁场能，待电荷释放完毕时，磁场能达到最大，线圈两端电压与电容两极板间电压一致，由于放电，电容两极板间电压由最大值减至零，线圈两端电压也由最大值减为零．值得注意的是这段时间内电流由零逐渐增大．当