高三物理教案：电磁振荡电磁波教案

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本文题目：高三物理教案：电磁振荡电磁波教案

第十二章 电磁振荡电磁波 相对论

第一节 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.

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：

注意：当电路定了，该电路的周期与频率就是定值，与电路中电流的大小，电容器上带电量多少无关.

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关的物理量(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。这一特征正是能的转化和守恒定律所决定的。

(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)弦曲线给出定量表达。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。

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。

5.LC振荡过程的阶段分析和特殊状态

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。

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( AD )

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

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.

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)这段时间内电流如何变化?两端电压如何变化?

(3)在振荡过程中将电容C变小，与振荡有关的物理量中哪些将随之改变?哪些将保持变化?

解析：(1)极板上电行由最大到零需要1/4周期时间，所以t=T/4=π

(2)从能量角度看，电容器释放电荷，电场能转变为磁场能，待电荷释放完毕时，磁场能达到最大，线圈两端电压与电容两极板间电压一致，由于放电，电容两极板间电压由最大值减至零，线圈两端电压也由最大值减为零.值得注意的是这段时间内电流由零逐渐增大.当线圈两端电压为零时，线圈中电流强度增至最大.千万不要把振荡电路看成直流电路，把电容器看成一个电源，把线圈看成一个电阻.这里电磁能没有被消耗掉，只是不断地相互转化.在直流电路中，电阻上通过的电流和电阻两端的电压，变化步调一致，电压大电流也大，电压小电流也小.在振荡电路中，存在自感现象及线圈电阻为零的情况，电流和电压变化步调不一致，所以才出现电压为零时电流最大的现象.

(3)在振荡过程中，当电容器C变小时，根据周期公式，周期T变小，频率f增大.同时不论是增大电容极板间的距离d，还是减小正对面积S，电容C变小，外力都对电容做功，振荡电路能量都增加，故电场能、磁场能、磁感强度和振荡电流的最大值都增加.极板上电荷最大值将不变，极板电压最大值将增加.若减小正对面积S使电容C变小时，电场强度最大值增加.

例3. 某时刻LC回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如右图所示。则这时电容器正在_____(充电还是放电)，电流大小正在______(增大还是减小)。

分析：用安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，而上极

板是正极板，所以这时电容器正在充电;因为充电过程电场能增大，

所以磁场能减小，电流也减小。

二.电磁场、电磁波

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