高中物理教科版选修3-4配套课件3.1 电磁振荡 课件(教科版选修3-4)

3T ～T 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E 磁→E 电 4 T 充电结束 qm Em 0 0 E 电最大 E 磁最小
其中：qm、Em、im、Bm分别表示电荷量、场强、电流和磁感应强
度的最大值，E电、E磁分别表示电场能、磁场能．
LC振荡过程中规律的定量表达
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Байду номын сангаас 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，
1 电磁振荡
1．理解LC回路中产生振荡电流的过程． 2．会分析振荡电流变化过程中，电场能、电荷、电流的大小和方
向的变化情况．
3．知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别，以及振幅减小的原因． 4．掌握电磁振荡的周期与频率的公式．
一、振荡电流的产生
电磁振荡
振荡电流和振荡电路 (1)振荡电流：大小和方向都做 周期性迅速变化的电流，叫做振
初始 回路能量形式为电场能
状态
重力势能
T q 减少，E 减小，i 增大，B x 减小，a 减小，v 增大，重 0～ 4 增大， 电场能转化为磁场能 力势能转化为动能 T 4 q＝0，E＝0，i 最大，B 最 大，电场能为零，磁场能最 大 x＝0，a＝0，v 最大，重力 势能为零，动能最大
T T ～ (反方向)，i 减小，B 减小， 向)，v 减小，动能转化为重 4 2 磁场能转化为电场能 力势能 T 2 (反方向)，i＝0，B＝0，电 向), v＝0，重力势能最大， 场能最大，磁场能为零 动能为零
q 减少(相反电荷)， E 减小(反方
x 减小(反方向)，a
q 增加，E 最大，i 减小(反 x 增加， a 增大， v 减小(反 3T ～T 方向)，B 减小(反方向)，磁 方向)，动能转化为重力 4 场能转化为电场能 势能 q 最大，E 最大，i＝0，B x 最大，a 最大，v＝0， T ＝0，电场能最大，磁场能 重力势能最大，动能为 为零 零
一、电磁振荡的产生过程
振荡电流的产生
(1) 充 电的电容器，将要开始放电的瞬间，电路中没有电流，线 圈中没有磁场，电容器两极板上的电荷最多，两极板间的电场最 强，电路里的能量全部以电场能的形式储存在电容器里，如同单 摆被拉到最高点重力势能最大．
(2)电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，线圈中的电流由零
线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转
化为电场能．充电完毕时，磁场能又全部转化为电场能，如同单 摆的动能转化为重力势能．
时 刻 工作过程 t＝ 0 T 0～ 4 T 4 T T ～ 4 2 T 2 T 3T ～ 2 4 3T 4 放电瞬间
q qm
E Em
i 0
B 0
能 量 E 电最大 E 磁最小
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．
二、阻尼振荡和无阻尼振荡 在电磁振荡中，如果没有 能量损失 ，振荡将永远持续下去， 如图3-1-2(甲)． ，电路中的能量有一部分要转化成内能，还 有一部分能量以电磁波的形式 辐射 到周围空间去了．这样，振 荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的振幅 逐渐减小 ，直到停
放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E 电→E 磁 放电结束 0 0 im Bm E 电最小 E 磁最大
充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E 磁→E 电 充电结束 qm Em 0 0 E 电最大 E 磁最小
放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E 电→E 磁 放电结束 0 0 im Bm E 电最小 E 磁最大
q 增加(相反电荷)，E 增大 x 增加(反方向)， a 增大(反方
q 最大(相反电荷)，E 最大 x 最大(反方向)， a 最大(反方
减小(反方向)，v 增 T 3T 向)， i 增大(反方向)， B 增大(反 ～ 2 4 大(反方向)， 重力势 方向)，电场能转化为磁场能 能转为动能 q＝0，E＝0，i 最大(反方向)， x＝0，a＝0，v 最 3T 4 B 最大(反方向)，电场能为零， 大(反方向)． 重力势 磁场能最大 能为零，动能最大
保持不变 ，这种振荡叫做无阻尼振荡， 振荡电流的振幅应该永远
止振荡．这种振荡叫做阻尼振荡．如图3-1-2(乙)．
(甲)无阻尼振荡
(乙)阻尼振荡
图3-1-2
三、电磁振荡的周期和频率 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期.1 s内完成 周期性变化的次数叫频率． 振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫做振荡电路的 固有周期、固有频率，简称振荡电路的周期和频率． 1 公式T＝2π LC，f＝ . 2π LC
其变化曲线分别如图中313的(a)、(b)所示．
图3-1-3
二、电磁振荡与机械振动的对比
比较 LC回路的电磁振荡 对电容器充电，使电容器极板 上电荷量q最多，电场E最强， 振荡电流为零，磁场B为零， 单摆的简谐运动 将摆球拉离平衡位置一
段距离，使摆球位移x最
大，加速度a最大，速度 v为零，系统能量形式为
荡电流．
(2)振荡电路：能产生 振荡 电流的电路．
(3)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
．
如图 3-1-1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．
图3-1-1
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量 q，电路中
逐渐增大，线圈中的磁场逐渐增强，电容器所带的电荷量逐渐减 少，电场逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能，放电完毕时，线 圈的电流最大，磁场最强，电场能全部转化为磁场能，如同单摆 的重力势能转化为动能． (3)电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，电流并不立即消失，
仍保持原来的方向继续流动，电容器被反向充电．在这个过程中，