14.2 电磁振荡 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版选修3-4

第十四章 电磁波 14.2 电磁振荡 学习目标： 1、体会LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及电磁波的产生过程； 2、了解LC振荡电流及其相关物理量的变化情况； 3、知道阻尼振荡和无阻尼振荡； 4、了解固有周期、固有频率公式。 重点难点： 1、电磁振荡过程中相关物理量的动态分析。 1、振荡电流： C S L A 3、LC振荡电路： 一、电磁振荡的产生 2、振荡电路： 1、振荡电流是交流吗？ 大小和方向都做周期性变化的电流 理想的LC振荡电路: 是。振荡电流实际上就是交变电流，振荡电流跟正弦交变电流一样，也按正弦规律变化． 由于频率很高，习惯上称为振荡电流。 能够产生振荡电流的电路 由线圈L和电容器C组成的最简单的振荡电路。 只考虑电感、电容的作用，而忽略能量损耗 2、振荡电流怎样形成？ L C L C 电源 用电器 用电器 放电： 电场能 磁场能 磁场能 电场能 充电： + + + _ _ _ + + + _ _ _ 整体感知 二、电磁振荡 1、放电开始 2、正向放电 规定电流逆时针为正 3、反向充电 规定电流逆时针为正 4、反向放电 规定电流逆时针为正 规定电流逆时针为正 5、正向充电 在振荡电路里产生振荡电流的过程中, 电容器极板上的电荷q、通过线圈的电流i、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B和电场能E电、磁场能E磁等都发生周期性的变化, 这种现象叫做电磁振荡. (1)同步同变关系： 在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中， 电容器上的物理量：电量q、板间电压U、电场强度E、电场能EE是同步同向变化的，即：q↓→U↓→E↓→EE↓(或q↑→U↑→E↑→EE↑)。 振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。 LC电路中各量间的变化规律及对应关系 （2）同步异变关系 在LC振荡过程中，电容器上的三个量q、E、EE增大时，线圈 上的三个量i、B、EB减小，且它们的变化是同步异向的，即 q、E、EE↑ i、B、EB↓ 同步异向变化 (3)自感电动势E自与i－t图像的关系 由E自＝L·Δi/Δt知，E自∝Δi/Δt是i－t图像上某处曲线切线的斜率k的绝对值。所以，利用图像可分析自感电动势随时间的变化和极值。 三、阻尼振荡和无阻尼振荡 1)无阻尼振荡： 在电磁振荡中，若没有能量损失，则振荡电流的振幅不变，永远振荡下去。 2)阻尼振荡： 在电磁振荡中，若能量逐渐损失，则振荡电流的振幅逐渐减少，直到最后停止振荡。 （电路中的能量有一部分要转化为内能，还有一部分能量以电磁波的形式辐射到周围空间中去） i t o i t o 四、电磁振荡的周期和频率 电容较大时,电容器充电、放电的时间长些还是短些? 提示：长些.电容器的电容越大，电容器每次容纳的电荷越多，则其每次充放电的时间就越长. 线圈的自感系数较大时, 电容器充电、放电的时间长些还是短些? 提示：长些.线圈的自感系数越大，对电流变化的阻碍作用就越强，则电流发生变化所用的时间就越长. 1．周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率． LC回路的周期和频率由回路本身的特性决定． 如果没有能量损失，也不受外界干扰量，这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）． 2、LC回路的周期和频率公式 （1）式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz． （2）适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路物周期和频率符合我们的需要．也可以用可变的电容器和可变电感的线圈组成电路,可以通过改变电容或电感来改变振荡电路的周期和频率. （3）现代实际电路中使用的振荡器多数是晶体振荡器,其工 作原理与LC振荡电路的原理相似. 典例1：如图所示为某时刻LC振荡电 路中电容器电场的方向和电流的方 向，则下列说法中正确的是 A.电容器正在放电 B.电感线圈的磁场能正在减少 C.电感线圈中的电流正在增大 D.电容器的电场能正在减少 解答本类题应把握以下三点： （1）由电流方向判断电容器的充放电及电流大小变化. （2）由电容器的充放电判断电场能的变化. （3）由电场能的变化判断磁场能的变化. 变式备选：LC振荡电路中，某时 刻磁场方向如图所示，则下列说法正确 的是（ ） A.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电 B.若电容器正在充电，则电容器下极板带正电 C.若电容器上极板带正电，则线圈中的电流正在减小 D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大 振荡电流方向 电流的磁场