第四章 电磁振荡与电磁波
第1节 电磁振荡
核心素养目标
1.知道什么是振荡电流和振荡电路.
2.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程,知道电磁振荡过程中能
量转化情况.
3.知道电磁振荡的周期和频率,知道LC电路的周期和频率与哪些因
素有关,并会进行相关的计算.
水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪,但是要形成未续的水波,则需要不断地击打水面。电视广播接收的是电磁波,要产生持续的电波,需要持续变化的电流。怎样才能产这样的电流呢?
观察振荡电路中电压的波形
把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图4.1-1甲连成电路。把电压传感器(或示波器)的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧,为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧,使电容器通过线圈放电。观察电脑显示器(或示波器)显示的电压的波形(图4.1-1乙)
一、电磁震荡的产生
电磁振荡过程分析
甲、电磁振荡过程
乙、振荡电路电流的周期性变化
丙、电容器极板上电荷量的周期性变化
在振荡电路产生振荡电流的过程中,电路中的电流、电容器极板上的电荷量,以及电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都在发生周期性的变化,这种现象就是电磁振荡。
二、电磁震荡中的能量变化
电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同,但它们还是具有一些共同的特点。在机械振动中,例如在单摆的振动中,位移x、速度v、加速度a这几个物理量周期性地变化。在电磁振荡中,电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量也在周期性地变化。在机械振动中,动能与势能周期性地相互转化。那么,在电磁振荡中,能量是如何转化的?
1.振荡电流和振荡电路
(1)振荡电流:大小和① 方向????都做周期性迅速变化的电流。
(2)振荡电路:产生② 振荡电流????的电路。最简单的振荡电路为LC振荡电路。
2.电磁振荡的过程
电容器放电过程:电容器刚要放电时,电容器里的电场最强,电路里的能量全部储存
在电容器的电场中;电容器开始放电后,由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增
大,电容器极板上的电荷逐渐③ 减少????,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐
渐增强,电场能逐渐转化为④ 磁场能????,放电完毕时,放电电流达到最大值,电场能
全部转化为磁场能。
如果能够适时地把能量补充到振荡电路中,以补偿能量损耗,就可以得到振幅不变的等幅振荡(图4.1-3)。实际电路中由电源通过电子器件为LC电路补充能量。
三、电磁震荡的周期和频率
1.电磁振荡的周期T:电磁振荡完成一次 需要的时间.
2.电磁振荡的频率f:周期的倒数,数值等于单位时间内完成的________
的次数.
如果振荡电路没有能量损失,也不受其他外界条件影响,这时的周期和频率分别叫作振荡电路的 周期和 频率.
3.LC电路的周期和频率公式:T=2π ,f= .
其中:周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F).
周期性变化
周期性变化
固有
固有
石英电子钟力的晶体震荡器
例1 (多选)如图是LC振荡电路某时刻的情况,以下说法正确的是
A.电容器正在充电
B.电感线圈中的磁场能正在增加
C.电感线圈中的电流正在增大
D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
BCD
图5
例2 在如图5甲所示的振荡电路中,电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示,规定电路中振荡电流逆时针方向为正方向,则电路中振荡电流随时间变化的图像是
√
随堂训练1 (多选)如图甲为LC振荡电路,其中图乙描绘的是流过电路中M点的电流随时间变化规律的图线,假设回路中电流顺时针方向为正.则下列说法正确的是
A.在第1 s末到第2 s末的过程中电容器
正在向外电路放电
B.在第1 s末到第2 s末的过程中电容器
的下极板带负电
C.在第2 s末到第3 s末的过程中M点的
电势比N点的电势低
D.在第2 s末到第3 s末的过程中电路中电场能正在逐渐减小
√
√
2.如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况.由图可知,电感线圈中的电流正在______(填“增大”“减小”或“不变”).如果电流的振荡周期为T=10-4 s,电容C=250 μF,则线圈的电感L=______ H.
图10
减小
10-6
解析 根据磁感线方向,应用安培定则可判断出电流方向,从而可知电容器在充电,电流会越来越小.
3.(多选)在LC振荡电路中,若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加,则
A.电路中的电流正在增大
B.电路中的电场能正在增加
C.电路中的电流正在减小
D.电路中的电场能正在向磁场能转化
BC