4.1 电磁振荡 课件-2022-2023学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册

第一节 电磁振荡 第四章 电磁振荡与电磁波 如图，正弦式交变电流的大小和方向都随时间做周期性的变化。正弦式交变电流图像的波形图与单摆振动的位移一时间图像很相似。 正弦式交变电流图像 单摆振动的位移—时间图像 振荡电流的产生 如图(a)所示，一个电流计与一个闭合线圈连接。当一条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电流计的指针会不断地摆动。这说明电路中产生了大小和方向都不断变化的电流。如果将电流计拿走，如图(b)所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电路断开处的A、B两点间仍存在感应电动势，即A、B两点间仍存在变化的电势差。这都是我们熟悉的电磁感应现象。 振荡电流的产生 在A、B两点间接入一个平行板电容器，如图(c)所示。当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，在两板之间的空间内就会产生大小和方向不断变化的电场，即电容器在不断地进行充、放电。 【观察·思考】 在如左图所示的电路中，先将开关S扳到a处，此时电容器开始充电，观察电流计指针是否会摆动。再将开关S扳到b处，观察电流计指针是否会摆动以及如何摆动。 将电流计换成示波器，观察示波器中显示的图像(如右图所示），图像呈现怎样的规律？ 振荡电流的产生 在线圈和电容器组成的实验电路中，示波器显示的波形具有周期性。这表明电路中产生了大小和方向都做周期性变化的电流。这种电流称为振荡电流。能产生振荡电流的电路称为振荡电路。由线圈和电容器组成的电路是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。从示波器中显示的图像可以看出，LC振荡电路产生的振荡电流是按正弦或余弦规律变化的。振荡电流是一种频率很高的交变电流。这种电流用线圈在磁场中转动很难产生，主要通过振荡电路产生。 【观察·总结】 振荡电流的产生 1、基本概念 （1）振荡电流：大小和方向做周期性变化的电流。 （2）振荡电路 ①定义：能产生振荡电流的电路。 ②结构：最简单的振荡电路是由自感线圈L和电容器C组成的电路，称为LC振荡电路。 高频交变电流 提问： 分析刚才的LC振荡电路中，除了电流，还有哪些物理量发生变化了？各物理量的变化具有哪些特点呢？ 振荡电流的产生 1、电容的电荷量q； 2、线圈的电流i； 3、线圈的磁感强度B； 4、线圈（电容）的电压u； 5、电容的电场能E电； 6、线圈的磁场能E磁。 振荡电流的产生 1、基本概念 （1）振荡电流：大小和方向做周期性变化的电流。 （2）振荡电路 （3）电磁振荡现象：电容器充放电的过程中，电容器极析上的电荷量q、电路中的电流i、电容器里的电场能E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。 振荡电流的产生 以S接通b接线柱这一刻为t=0时刻，以逆时针方向为电流正方向。 过程1——正向放电过程 物理量的变化： q E i B 电场能 磁场能 特殊值： （a)图位置磁场能、B、i均为0；q、E、电场能最大。 （b)图位置磁场能、B、i最大；q、E、电场能均为0。 振荡电流的产生 过程2——正向充电过程 物理量的变化： i B q E(反向） 磁场能 电场能 特殊值： （b)图位置磁场能、B、i最大；q、E、电场能均为0。 （c)图位置磁场能、B、i均为0；q、E、电场能最大。 振荡电流的产生 过程3——反向放电过程 物理量的变化： q E(反向） i(反向） B(反向） 电场能 磁场能 特殊值： （c)图位置磁场能、B、i均为0；q、E、电场能最大。 （d)图位置磁场能、B、i最大；q、E、电场能均为0。 振荡电流的产生 过程4——反向充电过程 物理量的变化： i(反向） B(反向） q E 磁场能 电场能 特殊值： （d)图位置磁场能、B、i最大；q、E、电场能均为0。 （a)图位置磁场能、B、i均为0；q、E、电场能最大。 振荡电流的产生 2、变化规律 （1）总结：一个周期内有几个特殊状态？各个物理量的极值出现那个状态？ （2）总结：一个周期内充放电几次？电流方向变化几次？ 【思考】 （3）总结：充电、放电的过程分别有哪些规律？ i=0 B=0 i=0 B=0 q最大 E最大 q最大 E最大 i最大 B最大 i最大 B最大 q=0 E=0 q=0 E=0 振荡电流的产生 2、电磁振荡的变化规律 （1）电容器极板上的电量、振荡电流、电场和磁场变化的频率相同，在一个周期内完成一次周期性变化，频率均为f。 在一个周期内电场能和磁场能相互转化两次，转化频率为2f。 （2）两个物理过程： ①放电过程：电场能转化为磁场能，电场能↓→磁场能↑ 电容器带电量q↓→电路中电流i↑，电场强度E↓→磁感应强度B↑。 ②充电过程：磁场能转化为电场能，磁场能↓→电场能↑ 电容器带电量q↑→电路中电流i↓，电场强度E↑→磁感应强度B↓。 判断LC振