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电磁振荡
-
上传时间: 2014-08-17
上传者: admin
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淄博一中
物理组 阚方海
电磁振荡
精神饱满
学习愉快
祝你
主菜单
（五）电磁振荡和机械振动的类比
（六）小结 板书
（七）练习
（三）振荡图象
（二）电磁振荡的产生过程
（四）阻尼振荡和无阻尼振荡
（一）演示实验
循环播放
退出
放电过程
反向放电过程
再充电过程
反向充电过程
主菜单
无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波。
现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢。
那么，电磁波是什么？它是怎么产生的？我们要了解电磁波，就要从电磁振荡开始学习。
电磁振荡
电磁振荡
电磁振荡
电磁振荡
电磁振荡
主菜单
（一）演示实验
主菜单
演示实验
实验电路图：
请同学们仔细观察实验思考下面问题：
电流表指针为什么摆动？
往复摆动说明通过G的电流有什么特点？
主菜单
象这样产生的大小和方向都做周期性变化的电流叫 振荡电流。
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电路，就是一种简单的振荡电路，简称 LC 回路。
总结：
振荡电流
振荡电流
振荡电流
振荡电流
振荡电流
振荡电流
振荡电流
振荡电路
振荡电路
振荡电路
振荡电路
振荡电路
振荡电路
振荡电路
振荡电路
LC 回路
LC 回路
LC 回路
LC 回路
LC 回路
LC 回路
LC 回路
LC 回路
LC 回路
LC 回路
主菜单
由 LC 回路产生的振荡电流也是一种交流电，只是它的频率要比照明用交流电的频率高的多。用示波器观察振荡电流时会发现，LC回路里产生的振荡电流跟正弦交流电一样，也是按正弦规律变化的。
说明：
正弦交流电
正弦交流电
正弦交流电
正弦交流电
正弦交流电
正弦交流电
正弦规律变化
正弦规律变化
正弦规律变化
正弦规律变化
正弦规律变化
正弦规律变化
正弦规律变化
主菜单
（二）电磁振荡的产生过程
主菜单
1.首先用电池给电容器充电
充电完毕
重播
主菜单
2.电容器放电过程
主菜单
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－
把开关扳到线圈的瞬间，也就是已被充电的电容器刚要放电的瞬间，电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多。此时，电容器里的电场最强，电路里的能量全部是储存在电容器里的电场能。
主菜单
电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少。
线圈的磁场逐渐增强，电容器里的电场逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能。
*自感电动势阻碍电流的增大，与电流的方向相反
请仔细观察放电过程
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自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
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自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
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自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
+
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自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
+
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自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
+
－
自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
自感电动势 为零
电流 最大
磁场 最强
电荷 为零 电场 消失
放电完毕
重播
主菜单
此时，电容器极板上没有电荷，电容器的电场消失。放电电流达到最大值，线圈的磁场最强。电场能全部转化为磁场能
放电完毕
主菜单
3.反向充电过程
主菜单
电容器放电完毕的瞬间，由于线圈的自感作用，电流并不能立即减小为零，而是保持原来方向继续流动，并且逐渐减小。同时，电容器在反向重新充电，电容器两板上带上相反的电荷，并且电荷逐渐增多。
线圈的磁场逐渐减弱，电容器的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能。
*自感电动势阻碍电流的减小，与电流的方向相同
请仔细观察反向充电过程
自感电动势 为零
电流 最大
磁场 最强
电荷 为零 电场 消失
自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
－
＋
－
－
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－
＋
＋
＋
＋
＋
自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
自感电动势 最大
电流 为零
磁场 消失
电荷 最多 电场 最强
充电完毕
重播
主菜单
反向充电完毕
此时，电流减小为零，线圈的磁场消失。电容器两板上的电荷达到最大值，电容器的电场最强。磁场能全部转化为电场能。
主菜单
此后电容器再反向放电，再一次自充电。又回到了用电池充电完毕时的状态。
请同学们试着分析以下两个过程，并思考：
1. 极板上的电荷以及电容器的电场，线路中的电流以及线圈中的磁场如何变化？
2. 电流的大小、方向与自感电动势的大小、方向有何关系？
3. 电场能与磁场能如何转化？
主菜单
请仔细观察
自感电动势 最大
电流 为零
磁场 消失
电荷 最多 电场 最强
反向充电完毕,开始反向放电
自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
自感电动势正在 减小
电流正在 增大
磁场正在 增强
电荷正在 减少 电场正在 减弱
自感电动势 为零
电流 最大
磁场 最强
电荷 为零 电场 消失
反向放电完毕,开始再充电
重播
+
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自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
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－
自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
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自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
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自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
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自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
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自感电动势正在 增大
电流正在 减小
磁场正在 减弱
电荷正在 增多 电场正在 增强
自感电动势 最大
电流 为零
磁场 消失
电荷 最多 电场 最强
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充电完毕,又回到初始状态
重播
主菜单
总结:
由上述分析可知,电容器将不断地充电和放电,电路中就出现了振荡电流。
在这个过程中，电容器极板上的电荷q，电路中的电流i，电容器里的电场E，线圈里的感应磁场B，都发生周期性的变化，这种现象叫做电磁振荡。
主菜单
仔细观察电磁振荡的循环过程
注意：
1. 极板上的电荷以及电容器的电场，线路中的电流以及线圈中的磁场如何变化？
2. 电流的大小、方向与自感电动势的方向有何关系？
电磁振荡循环过程
总 结
电路状态
时刻t
0
T/4
T/2
T
3T/4
电量q
最多
最多
最多
0
0
正向最大
0
0
0
0
0
0
0
电场能 E
电流i
磁场能 B
最大
最大
最大
最大
最大
反向最大
0
主菜单
（三）振荡图象
甲：电流的周期性变化（取逆时针的电流方向为正值）
乙：电容器极板上电荷的周期性变化（上极板）
甲
乙
0
T/4
T/2
T
T/4
3T/4
0
T/2
T
3T/4
i
q
t
t
放电
反向放电
反向充电
充电
主菜单
（四）阻尼振荡和无阻尼振荡
主菜单
在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡应该永远持续下去，振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡。
但是，任何电路都有电阻，电路中的能量有一部分要转化为内能，还有一部分能量要辐射到周围空间中去。这样，振荡电路中的能量要逐渐损耗，振荡电流的振幅要逐渐减小，直到最后停止振荡，这种振荡叫阻尼振荡。
0
0
i
i
t
t
无阻尼振荡图象
阻尼振荡图象
主菜单
如果能够适时地把能量补充到振荡电路中，用来补偿电路中的能量损耗，在振荡电路中也可以得到振幅不变的等幅振荡。
实际中需要的等幅振荡是用振荡器来产生的，振荡器靠晶体管（或电子管）周期性地把电源的能量补充到振荡电路中去。
说明
主菜单
（五）电磁振荡与机械振动的类比
主菜单
机械振动和电磁振荡有本质的不同，但它们具有共同的变化规律。
例如：
在弹簧振子的振动中，位移x、速度v、加速度a这几个物理量随时间做周期性变化。在电磁振荡中，电荷q、电流 i、电场强度E、磁感强度B这几个物理量随时间做周期性变化。
在机械振动中，动能和势能发生周期性转化。在电磁振荡中，磁场能和电场能发生周期性转化。
主菜单
LC回路中的电磁振荡与弹簧振子的简谐振动的对应关系和相应的物理意义如下表所示
LC回路中的电磁振荡
弹簧振子的简谐振动
给电容器充电
外力把振子拉离平衡位置做功
电容C
弹簧的劲度系数k
电感L
振子的质量m（惯性）
电荷q
位移x
电流i
速度v
电场能E
磁场能B
势能Ep
动能Ek
主菜单
（六）小结 板书
主菜单
(一)基本概念
(三)振荡图象
(二)电磁振荡的产生过程
放电过程
反向充电过程
反向放电过程
充电过程
电量增多
电流减小
电场增强
磁场减弱
磁场能向电场能转化
电量减少
电流增大
电场减弱
磁场增强
电场能向磁场能转化
电量增多
电流减小
电场增强
磁场减弱
磁场能向电场能转化
电量减少
电流增大
电场减弱
磁场增强
电场能向磁场能转化
1.振荡电流
2.振荡电路(LC回路)
3.电磁振荡
4.无阻尼振荡和阻尼振荡
主菜单
（七）练习
主菜单
主菜单
主菜单
再见
退出
象这样产生的大小和方向都做周期性变化的电流叫振荡电流。
返回
能产生振荡电流的电路叫振荡电路。
返回
由自感线圈和电容器组成的电路，就是一种简单的振荡电路，简称 LC 回路。
在振荡电路产生振荡电流过程中，电容器极板上的电荷q，电路中的电流i，电容器里的电场E，线圈里的感应磁场B，都发生周期性的变化，这种现象叫做电磁振荡。
返回
在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡应该永远持续下去，振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡。
但是，任何电路都有电阻，电路中的能量有一部分要转化为内能，还有一部分能量要辐射到周围空间中去。这样，振荡电路中的能量要逐渐损耗，振荡电流的振幅要逐渐减小，直到最后停止振荡，这种振荡叫阻尼振荡。
返回
甲：电流的周期性变化（取逆时针的电流方向为正值）
乙：电容器极板上电荷的周期性变化（上极板）
甲
乙
0
T/4
T/2
T
T/4
3T/4
0
T/2
T
3T/4
i
q
t
t
放电
反向放电
反向充电
充电
返回
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