高中物理电磁振荡

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学习目的：
1、认识 LC 回路产生电磁振荡的现象， 了解振荡电流产生的物理原因，理解振荡电 流产生的物理实质，掌握振荡电路的变化规 律。 2、通过电磁振荡的观察和分析，培养 综合运用物理知识分析问题、解决问题的 能力，提高学生的综合素质。
学习重点：
LC回路的工作过程及相关物理量的变
化规律
学习难点：
2. LC回路中电容两端的电压随时间变化的 关系如图所示，则 (B C ) A. 在时刻t1，电路中的电流最大 B. 在时刻t2 ，电路中的磁场能最大 C. 在时刻t2至t3，电路中电场能不断增大 D. 在时刻t3至t4，电容的带电量不断增大
0
U
t1
t2
t3
t4
t
3.如图所示的LC振荡电路正处在振荡过 程中，某时刻 L 中的磁场和 C 中的电场如图所 示，可知 ( A ) A、电容器中的电场强度正在增大 B、线圈中磁感强度正在增大
】
２．LC振荡电路中产生15MHz的振荡电流，已有 300PF的电容器，则应选用自感系数是＿＿＿＿享 的线圈，这个振荡电流的周期是＿＿＿＿秒．
(2)与磁场能有关的因素：
磁场能
磁感线密度 磁感强度B 线圈中电流 i
பைடு நூலகம்
1、与电场能和磁场能有关的因素：
(1)与电场能有关的因素：
电场能
电场线密度
电场强度E 电容器极板间电压u
单 摆
振 荡 电 路
+ −
−
+ −
+
放电
充电
放电
充电
六、电磁振荡的周期和频率
1．周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需 要的时间． 2．频率f：一秒种内完成周期性变化的次数． 3．LC回路的周期和频率：
T= 2 LC f=
1 2 LC
注：LC回路的周期和频率只取决于电感线圈的自感系数和电容器 的电容，与电容器带电量、板间电压及回路中的电流都无关．
电磁场和电磁波
电磁磁荡
一、振荡电流:
实验：
如图：先把开关板到电池组 一边，给电容器充电。稍后 再把开关板到线圈一边，让 电容器通过线圈放电。 L
G C
S
1.振荡电流：这种电路产生的大小和方向做周期 性变化的电流，叫振荡电流。 2.能够产生振荡电流的电路叫振荡电路。如图所示 是一种简单的振荡电路，称为LC振荡电路。
作业：阅读教材，并将电磁振荡与机械振动类比
一、振荡电流与振荡电路：
1、振荡电流：
大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流
2、振荡电路：
能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路
3、理想的LC振荡电路：
(1)LC回路：由线圈L和电容C组成的最简单振荡电路。
(2)理想的LC振荡电路:只考虑电感、电容的作用，而 忽略能量损耗
振荡电流产生的物理原因和实质
学习过程：
(启发引入)
1、电磁波与现代科技和人类生活
的密切关系。 2、研究电磁波应从电磁振荡开始。
概念
种类
产生
应用
规律
总结
q=Qm i=0
q=0 i=Im
++ ++
ｑ
放电
ｉ ｑ ｉ
-- --
-- --
ｉ ｑ
充 电
一 个 周
期
化 变 性
充 电
放电
ｉ
q=0 i=Im
ｑ
++ ++
具有自 感作用 L UL UC
+ + + + C
－－－－
电容器
具有充、 放电作用
εL
二、电磁振荡的产生： 2、电磁振荡的产生过程： i + + R
－ － － －
+ + C
+ −
−
+ −
+
i
正向 放电
正向 充电
反向 放电
反向 充电
0
t q t
o
时间t
t=0
t=T/4
t=T/2
t=3T/4
t=T
电容器电 量q 电感上电 流i 电场能 磁场能
L
C
C、该时刻电容器带电量最多
D、该时刻振荡电流达最大值
由磁场方向可 判断回路中电 流方向，进而 判断是充电还 是放电
六、电磁振荡的周期和频率
1．周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需 要的时间． 2．频率f：一秒种内完成周期性变化的次数． 3．LC回路的周期和频率：
T= 2 LC f=
1 2 LC
3.LC回路产生的振荡电流按正弦规律变化。
说明：由LC回路产生的振荡电流也是种交变电流，只是它的频率比照 明用交变电流的频率高得多。
二、电磁振荡的产生：
+ + + + L
－－ － －
C
E
S
二、电磁振荡的产生： 电磁振荡是电容器充 1、电磁振荡的产生原理： 放电和线圈的自感现 象共同作用产生的.
线圈
同 步 变 化
(3)变化规律的图象描述：
q o t i
o
B
t
E
o 电场能 o t
o
t
磁场能 t
o t
四、电磁振荡：
在振荡电路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，以及跟电荷 和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化， 这种现象叫电磁振荡。
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例1:电磁振荡和机械振动对比:
C、从t2到t3 ，电容器不断充电
D、在t4时刻电容器的电场能最小 q o t1 t2 t3 t4
t
答案：ACD
课堂练习： 1、 LC振荡电路中某时的状态如
图，试作出 q—t 和I—t 图线。
q t q t
++ ++
-- --
i
t
i
t
2、在LC振荡电路中，在电容器充电完毕未开
始放电时，正确的说法是： A、电场能正向磁场能转化 B、磁场能正向电场能转化 C、电路里的电场最强 D、电路里的磁场最强
充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场 能最大，磁场能最小。
放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场 能最大，电场能最小。
2、电磁振荡的变化规律：
(1)总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量
(2)电场能与磁场能交替转化 放电 电场能 磁场能 充电 同 步 两极间场强E 磁感强度B 变 化 电路中电流ｉ 电容器带电量ｑ 步调相反
最 大 上 + 下−
零
最 大 正方向
最 大 上 − 下+
零
最 大 负方向
最 大 上 + 下−
零 最大 零
零 最大 零
零 最大
零
零
最大
最大
零
三、电磁振荡的变化规律： 1、电磁振荡的特点：
LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：
(1)、两个物理过程：
放电过程；电场能转化为磁场能，q↓→ i↑
充电过程：磁场能转化为电场能，q↑ → i↓ (2)、两个特殊状态：
q=Qm i=0
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注：LC回路的周期和频率只取决于电感线圈的自感系数和电容器 的电容，与电容器带电量、板间电压及回路中的电流都无关．
4．T、L、C、f的单位分别是秒、享、法、 赫．
例１．欲增大LC电路的频率，下列可行的是【 A．增大电容器的初始电荷． B．增大电容器两极板的正对面积． C．增大电容器两极板间的距离． D．增加线圈的匝数．
4．T、L、C、f的单位分别是秒、享、法、 赫．
例题２：
1. 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 D. 磁场能正在向电场能转化 由电流方向和电容 器上电量可判断电 路中正在充电。 （A D）
L
C+ −+ −
电容器带电量q
四、阻尼振荡和无阻尼振荡：
1、无阻尼振荡
振荡电流的振幅保持不变，即作等幅振荡。
2、阻尼振荡
振荡电流的振幅逐渐变小，即作减幅振荡。
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例题：LC振荡电路中电容器极板上电量q 随时间t
变化的图线如图，由图可知： A、在t1时刻电路中的磁场能最小 B、从t1到t2 ，电路中的电流值不断变小
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总结：
LC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 作用； LC振荡电路产生振荡电流的物理实质是 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题的依据；q—t 和I—t 图线及其相互转化是解决问题的直观手段。