2第4课电磁振荡电磁波基础知识.ppt

* 2008---2009高考复习 第14章、交流电 电磁振荡电磁波 2009、2 第4课 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． 基础知识 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： 基础知识 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磁的物理量（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。 （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）弱曲线给出定量表达。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。 基础知识 充电 充电 放电 放电 充电 放电 t1 t1 t2 t2 t3 t3 t4 t4 t5 t5 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。 基础知识 5．LC振荡过程的阶段分析和特殊状态 充电 充电 放电 放电 充电 放电 t1 t1 t2 t2 t3 t3 t4 t4 t5 t5 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。 基础知识 基础知识 t= t= t= 零 最大 零 最大 零 磁场能 最大 零 最大 零 最大 电场能 I=0 反向最大 i=0 正向最大 i=0 振荡电流i 最大 零 最大 零 最大 电容器极板上的电量 T T t=0 时刻 振荡电路的状态 基础知识 【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（ ） 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 AD 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 基础知识 【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