电磁振荡和电磁波

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1、[科目]物理[关键词]教案/电磁振荡和电磁波[年级]高二[文件]jan30.doc[标题]电磁振荡和电磁波[内容]电磁振荡和电磁波【教学结构】一、电磁磁场⒈LC振荡电路：如图1所示，由电感线圈和电容器组成的电路。⒉振荡电流：由LC振荡电路产生的大小和方向作周期性变化的交流电，振荡电流是一种频率很高的交流电，很难用交流发电机产生，一般用LC振荡电路产生，与前一章讲的交流电不同。⒊电磁振荡的产生，是本章的重要内容，电磁振荡产生的物理过程比较抽象，也是本章教材的难点，必须多下功夫。⑴振荡产生条件：如图1当电

2、键K与b接通，电源给电容器充电，充电结束，电容器带电，电容器储存电场能，为LC振荡电路的全部能量。⑵振荡过程放电：电键K接通a，电容器开始放电，由于自感放电电流逐渐增大，电流方向如图2所示，逆时针方向。电容器电量逐渐减少，电场能逐渐减少转化为电感线圈中的磁场能，而且逐渐增大，放电结束时，电流最大，电容器带电量为零，全部电场能转化为磁场能。充电：如图36所示，给电容器反向充电，电流仍为逆时针方向，电流强度逐渐减小，电容器带电量逐渐增大，磁场能逐渐减小，转化为电场能，且逐渐增大，充电结束时，充电电流为零，

3、电容器带电量最大，全部磁场能转化为电场能。放电：如图4所示，放电电流逐渐增大，其方向为顺时针，电容器电量逐渐减小，电场能逐渐减小，转化为磁场能，磁场能逐渐增大，当放电结束时，放电电流最大，电容器带电量为零，全部电场能转化为磁场能。充电：如图5所示，给电容器充电，电流仍为顺时针方向，电流强度逐渐减小，电容器带电量逐渐增大，磁场能逐渐减小，转化为电场线，且逐渐增大。充电结束时，充电电流为零，电容器带电量最大，全部磁场能转化为电场能。又回复到初始状态，再重复上述振荡过程。上述振荡过程即为一个完整电磁振荡过程

4、。为了有助于电磁振荡过程的理解，可用单摆的摆动类比，电源给电容器充电相当把摆球从平衡位置拉至最高点，做为振动的开始条件。电场能相当于重力势能，磁场能相当动能，电容器从图2到图3的放电过程电场能转化为磁场能相当单摆摆球从最高点摆至平衡位置重力势能转化为摆球动能。电容器放电结束，电场能全部转化为磁场能相当摆球的重力势全部转化动能，放电结束，电流强度最大，相当于单摆达平衡位置时速度最大。依此类比可加深对电磁振荡过程的理解，注意关键是抓住放电，充电结束的时刻的特点。从上述物理过程的分析，应认识到电荷与电场，电

5、场能，电流与磁场，磁场能是密切联系在一起的，电磁振荡过程实际是电荷，电场，电流强度，磁场随时做周期性正弦变化的。⒋无阻尼振荡和阻尼振荡⑴无阻尼振荡：在自由振荡中，没有能量损失。振荡过程中振荡电流强度的振幅不随时间发生变化，又称等幅振荡。如图6所示。⑵阻尼振荡：在振荡过程中，有能量损失，振荡电流的振幅逐渐减小，最后停止。又称为减幅振荡。如图7所示。振荡过程中，在电路电阻上产生热量而损失，线路还要向外幅射能量，使LC振荡电路中能量很快损失掉而停止振荡。要维护振荡必须不断给振荡电路补充能量。振荡器就是不断补

6、充损失的能量保证等幅振荡。二、电磁振荡的周期和频率⒈周期：电磁振荡完成一次周期性变化的时间，用T表示，单位为秒（S）LC电路中振荡周期由电容和电感大小决定，实验证明，，当C用法拉（F）、L用享利（H）为单位时，T的单位为秒（S），使用此公式计算周期时注意因为比较麻烦，一定要仔细。6⒉频率：一秒钟完成周期性变化的次数。用f表示，单位为赫兹（Hz）、千赫（KH）要改变LC回路的振荡周期、频率，使之符合需要，通过改变电容，电感大小来实现，若需增大频率，当电感不变时，调整可变电容器，使电容减小到某个值时即可实

7、现。⒊振荡电路发生无阻尼自由振荡的周期和频率称之为振荡电路的固有周期和固有频率，又称为振荡电路的周期和频率。三、电磁场和电磁波⒈电磁场：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场交替产生，这一理论很抽象，接受很困难，可利用学过知识去尽最大可能加以理解。根据电磁感应现象，可知在图8所示的线圈A中在磁通量发生变化时会产生感应电流，线圈磁通量变化，即磁场变化，线圈有感应电流即在线圈中产生电场。若把线圈A去掉还会有电流吗？但电场应还存在，变化磁场产生电场。⒉电磁波：变化磁场产生电场，变化电场产生

8、磁场，交替产生传播出去形成电磁波。LC回路中电磁振荡就会产生变化电场和变化磁场，就会向外辐射电磁波。前面提到幅射能量就是辐射电磁波。电磁波的周期和频率就等于振荡电路中振荡电流的周期和频率。⒊电磁波在空间传播速度等于光速，C=3.00×108m/s电磁波在空间传播不需要介质。波长：电磁波在空间一个周期传播的距离，用l表示。波速、波长、周期或频率的关系：关于电磁波的发送与接收，有兴趣的学生可阅读有关书籍。【解题要点】例一：已知LC振荡电路中电容器的极板1上的