第一节电磁振荡

第六章电磁振荡和电磁波1第六章电磁振荡和电磁波第一节电磁振荡知识要点：1、振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流叫振荡电流。振荡电流也是一种交变电流。只是在无线电技术中需要的振荡电流的频率要比常用照明用的交流电的频率高得多。2、振荡电路：能产生振荡电流的电路叫振荡电路，由自感线圈和电容器组成的振荡电路称为LC回路。3、LC回路的电磁振荡过程⑴电容器开始放电时，电容器所带的电量最多，极板间电压最强、电场能最大，此时，电路中电流为零，线圈中无磁场，磁场能为零。⑵电容器放电过程中，电容器所带电量逐渐减少、极板间电场逐渐减弱，电场能逐渐减小，电路中电流逐渐增大、线圈中磁场逐渐增强、磁场能逐渐增大。⑶电容器放电完毕时，电容器的带电量为零，极板间无电场，电场能为零，电路中电流最大、线圈中磁场最强、磁场能最大。⑷反向充电过程，电容器的带电量逐渐增多，极板间电场逐渐增强，电场能逐渐增大，电路中电流逐渐减小，线圈中磁场逐渐减弱，磁场能逐渐减小。⑸反向充电完毕，电容器的带电量与开始放电时相等，但极性相反，此时电容器极板间电场最强，电场能最大，电路中电流为零，线圈中无磁场，磁场能为零。电容器反向放电，反向放电完毕后再正向充电，正向充电完毕以后再重复上述过程。4、一个周期内物理量变化规律如下表所示：振荡电路时间或时刻充放电电容器上物理量线圈中物理量++++－－－－t=0充电结束Q最大，U最大，E电场能最大，E场强最大I=0，B=0，E磁场能=0++++－－－－0＜t＜T/4放电过程Q↓、U↓、E电场能↓、E场强↓，电场能向磁场能转化I↑、B↑、E磁场能↑t=T/4放电结束Q=0，U=0，E电场能=0，E场强=0，电场能向磁场能转化完毕I最大、B最大、E磁场能最大－－－－++++T/4＜t＜T/2反向充电Q↑、U↑、E电场能↑、E场强↑I↓、B↓、E磁场能↓磁场能向电场能转化－－－－++++t=T/2反向充电结束Q最大，U最大，E电场能最大，E场强最大I=0，B=0，E磁场能=0磁场能向电场转化完毕第六章电磁振荡和电磁波2振荡电路时间或时刻充放电电容器上物理量线圈中物理量－－－－++++T/2＜t＜T3/4反向放电Q↓、U↓、E电场能↓、E场强↓，电场能向磁场能转化I↑、B↑、E磁场能↑t=T3/4反向放电完毕Q=0，U=0，E电场能=0，E场强=0，电场能向磁场能转化完毕I最大、B最大、E磁场能最大++++－－－－T3/4＜t＜T正向充电Q↑、U↑、E电场能↑、E场强↑I↓、B↓、E磁场能↓磁场能向电场能转化++++－－－－t=T充电结束Q最大，U最大，E电场能最大，E场强最大I=0，B=0，E磁场能=0磁场能向电场能转化完毕5、电磁振荡：在振荡电路中产生振荡电流的过程中，线圈中的电流、电容器极板上电量及其与之相联系的磁场能、电场能也都做周期性变化，这种现象叫做电磁振荡。6、阻尼振荡和无阻尼振荡⑴阻尼振荡：振幅逐渐减小的振荡叫阻尼振荡，电路中电场能与磁场能总和减小。⑵无阻尼振荡：振幅保持不变的振荡叫无阻尼振荡，电路中电场能与磁场能总和不变。7、振荡电路中LC的作用：电容器的充、放电和线圈的自感作用是LC回路中产生电磁振荡的产要原因。充电后的电容器放电时，由于线圈的自感作用使回路中的放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，到放电完毕的瞬间，放电电流才增大到最大值。虽然电容器放电完毕时，极板上电量为零，电流将减小，由于线圈的自感作用，产生了一个同向的自感电流阻碍回路中电流的减小，从而使回路中电流不能立该减小到零，而保持原来的方向继续流动，给电容器充电。8、从能量的转化角度分析电磁振荡过程：理解电磁振荡过程中各物理量的变化规律，最好从电场能和磁场能相互转化的角度深化认识，电磁振荡的过程实质上是电场能和磁场能相互转化的过程，在这一过程中电容器带电量的多少，两板间电压的高低，场强的大小均与电场能的大小相对应；电路中电流的大小、线圈中磁场的强弱与磁场能的大小相对应。明确民这一关系，我们就可以根据电场能、磁场能的变化来判断上述各物理量的变化情况。例如在电容器放电过程中，电场能转化为磁场能，电场能减小磁场能增大，与电场能相关的电容器的带电量，两板间电压、场强都减小；与磁场能相关的电路中电流逐渐增大，线圈中的磁场逐渐增强。放电完毕时，电场能全部转化为磁场能，此时，电场能为零，磁场能最大，电容器的带电量、两板间电压的场强都为零，电路中电流最大，线圈中磁场最强。典型例题：例1、图6－1表示LC回路中的电流i随时间t变化的图像，可知（）A在t1时刻，电路中的电场能最大；iB从t1到t2，电容器极板上的电荷逐渐减少；C从t2到t3，电容器放电；Ot1t2t3t4tD在t4时刻，线圈中磁场能最小。图6－1第六章电磁振荡和电磁波3解析：在t1时刻，电路中电流最大，所以磁场能最大，电场能为零，故A选项错，同理判断D选项正确。在t1到t2过程中，电路中的电流减小，所以磁场能减小，电场能增加，则电容器极板上的电量增加，故B选项错。在t2到t3过程中，电路中的电流增大，所以磁场能增大，电场能减小，由电容器极板上电量减少，电容器放电，故C选项正确。故正确选项是CD。例2、LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图6－2所示，则下列说法错误的是（）A若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电；B若电容器正在放电，则电容器上极板带负电；C若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大；D若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大。图6－2解析：该题图只告诉了电流的磁场方向，由安培定则可判定出振荡电流在磁场中为顺时针流动，但未标明电容器极板的带电情况。故讨论如下：若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器正处于充电阶段，电流正在减小，知A叙述正确，C叙述错误。若该时刻电容器上极板带负电，则可知电容器正放电，电流正在增强，知B叙述正确，由楞次定律知D叙述亦正确，因而错误选项只有C。故正确选项是C。练习题：1、在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是（）A电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小；B回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大；C电容器极板上电荷最多时，电场能最大；D回路中电流值最小时刻，电场能最小。q2、图6－3表示LC回路中电容器极板上的电荷q随时间t变化的图像。可知，磁场能为零的时刻是___________，Ot1t2t3t4t电场能转化为磁场能的时间是___________，电容器充电的时间是___________。图6－33、在LC回路中的电容器刚好放电完毕时，下列说法正确的是（）A电场能正向磁场能转化；B磁场能正向电场能转化；C电路里电场最强；D电路里磁场最强。4、在LC振荡电路中，若某个瞬时电容器极板上的电量正在增加，则可知（）A电路中的电流正在增加；B电路中的电场能正在增加；C电路的振荡电流正在减小；D电路中的电场能正向磁场能转化。5、某时刻LC振荡电路的状态如图6－4所示，则此时刻（）A振荡电流I在减小；++++LB振荡电流I在增大；－－－－CC电场能正在向磁场能转化；iD磁场能正在向电场能转化。图6－4参考答案：1BC；2t1、t3，t1－t2、t3－t4，O－t1、t2－t3；3D；4BC；5AD；