电磁振荡和电磁波

电磁振荡和电磁波 1、振荡电路：能产生大小和方向都都作周期发生变化的电流叫振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫LC回路。 2、振荡电流是一种交变电流，是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。 3、那么振荡电路中的交变电流的性质： （1）介绍振荡电路中交变电流的一些重要性质： 对应的电流图像 i 0 T t 对应电容器所带的电量q q 0 T t （2）电路分析： 甲图： 电场能达到最大，磁场能为零，电路感应电流i=0 甲→乙： 电场能↓，磁场能↑，电路中电流i↑，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。 乙图： 磁场能达到最大，电场能为零，电路中电流I达到最大。 乙→丙： 电场能↑，磁场能↓，电路中电流i↓，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。 丙图： 电场能达到最大（与甲图的电场反向），磁场能为零，电路中电流为零。 丙→丁： 电场能↓，磁场能↑，电路中电流i↑，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。 丁图： 磁场能达到最大，电场能为零，回路中电流达到最大（方向与原方向相反）， 丁→戊：电场能↑，磁场能↓，电路中电流i↓，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。 戊与甲是重合的，从而振荡电路完成了一个周期。 综述： 1 充电完毕（充电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。 2 放电完毕（放电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。 3 充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。 4 放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向磁场能转化。 归纳：在振荡电路中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，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。 工作过程 q E i B 放电瞬间 qm Em 0 0 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 例1、在LC振荡电路中，某时刻若磁场B正在增加， 则电容器处于______电状态, 电流方向为_______, 电场能正在____, 磁场能正在_______, 能量转变状态为_______, 电容器上板带______电。 ：放、a→b、减小、增加、电场能正在向磁场能转化、正 例题2、在LC的回路中，电流i——t的关系如图所示， ①若规定逆时针方向为电流的正方向，说明t​0时刻电路中 能量变化情况，及电场能、磁场能、充放电等情况。 ②下列分析情况正确的是： A、 t1时刻电路的磁场能正在减小。 B、t1→t2时间电路中的电量正在不断减少。 C、t2→t3时间电容器正在充电。 D、t4时刻电容中的电场能最小。 （ACD） 例题3、在LC振荡电路中，当电容器放电完毕瞬间，电路中的电流为______, 线圈两端的电压为_____ 答案：最大、零、 例题4、在LC回路中，当振荡电流为零时，则电容器开始________, 电容器的电量将________, 电容器中的_____达到最大, ____为零。 答案：放电、减少、电场能、磁场能 4、阻尼振荡与无阻尼振荡。、 （1）阻尼振荡：在振荡电路中由于能量被逐渐消耗，振荡电路中的电流要逐渐减小，直到最后停下来。 （2）无阻尼振荡：在电磁振荡的电路中，如果没有能量损失，振荡应该永远地持续下去，电路中振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡叫无阻尼振荡 5、周期：电磁振荡完成一次周期性变化所需要的时间叫做周期。一秒钏内完成的 周期性变化的次数叫频率。 6、在LC振荡电路中，从研究得到：T=2π√CL f=1/2π√CL 可见在LC回路中，电路的频率f和周期T是由线圈的自感系数L和电容器的电容C来决定的。在收音机的调频中，若将可变电容器的动片旋入，则会使电容器的电容C增大，故收音机接收的频率变小。 例题1、在一个LC振荡电路中，电流I随时间变化的规律为i=0.01sin100t(A)，已知电容器电容C=20μF，则线圈的自感系数L=______ 答案：0.05H 例题2、如图所示，在LC振荡电路中，L=0.25H, C=4μF, K刚闭合时，上板带正电，当t=2×10-3s，上板带_____电, 电流方向为_________。 答案：负、a→b 例题3、某LC振荡电路，线圈的自感系数可从0.1mH变到4mH，电容器的电容可从4pF变到90pF，则该电路振荡的最高频率是__ _, 最低频率为_ _。 答案：7.96×106Hz、2.65×105Hz 7、分析闭合电路中电流的形成： 分析电路中AB中电流的方向是A→B，问为什么会有A到B的电流，重点确定电流形成的实质是导体中有电场的结果，而电场产生的电场力使电荷发生了定向移动。 结论：电路中电流形成的实质是电荷在电场力作用下发生的定向移动，而电场力的发生一定伴随电场，电场的方向与导体中电流的方向相同。 8、感应电流的产生： 要使M中产生感应电流的条件是什么？若要使M中产生逆时针方向的感应电流则磁场又该如何变化？ 强调：在M环中产生感应电流的实质是环内产生了电场，电场驱使电子定向移动而产生了电流，电场的方向与电流方向相同。 那么将金属环拿走，当磁场变化时的电场是否存在呢？————引入麦克斯韦的电磁场理论。 9、一个变化的磁场中放一个闭合线圈会产生感应电流，这是一种电磁感应现象。麦克斯韦研究了这种现象，认为若电路闭合就会有感应电流；若电路不闭合，则会产生感应电场；这个电场驱使导体中电子的运动，从而产生了感应电流。 麦克斯韦把这种情况的分析推广到不存在闭合电路的情形，他认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍现象，跟闭合电路是否存在无关。 10、变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象，他预言既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也能产生磁场。 11、分析：①恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无电场。②均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。③周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。 12、电磁场的形成：变化的电场和变化的磁场是相互联系着的一个不可分割的统一体，这就是电磁场。 麦克斯韦预言：这种电磁场由发生区域向无限远处的空间传播就形成了电磁波。 麦克斯韦的预言最后由物理学家赫子证实了电磁波的存在，并进一步分析电磁波在真空中的传播速度为C=3.00×108m/s 电磁波的波长由V=λf得到f=C/λ — 甲 乙 丙 丁 戊 B a b C i t 0 t1 t0 t2 t3 t4 + + + + — — B M PAGE 3