电磁振荡电路课件

电磁波的发现2024/7/91一、麦克斯韦电磁场理论1 1、变化的磁场可以产生电场、变化的磁场可以产生电场（在变化的磁场中所产生的电（在变化的磁场中所产生的电场线是闭合的。）场线是闭合的。）2 2、变化的电场可以产生磁场、变化的电场可以产生磁场2024/7/92对麦克斯韦电磁场理论的理解v1、恒定的电场不产生磁场v2、恒定的磁场不产生电场v3、均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场v4、均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场v5、振荡的电场产生同频率振荡磁场v6、振荡的磁场产生同频率振荡电场2024/7/934.电磁场v1.1.周期性变化电场和周期性变化的磁场总是周期性变化电场和周期性变化的磁场总是相互联系着的，形成一个不可分割的统一体，相互联系着的，形成一个不可分割的统一体，这就是电磁场。这就是电磁场。2024/7/94二、电磁波二、电磁波 空间中某处电场交变变化就在周围空间产生交变磁场，空间中某处电场交变变化就在周围空间产生交变磁场，交变磁场又在周围空间产生交变电场，交变磁场又在周围空间产生交变电场，电场和磁场就电场和磁场就这样交替变化逐渐由变化的区域传播出去形成电磁波。电这样交替变化逐渐由变化的区域传播出去形成电磁波。电磁场由近及远地传播，就形成电磁波。磁场由近及远地传播，就形成电磁波。麦克斯韦电磁场理论的这个预言已为赫兹实验证实。麦克斯韦电磁场理论的这个预言已为赫兹实验证实。不同频率的电磁波在真空中传播的速度相同，都不同频率的电磁波在真空中传播的速度相同，都等于等于c=3.00c=3.0010108 8m/s m/s。在介质中电磁波的传播速度。在介质中电磁波的传播速度v v小小于于c c，若介质折射率为，若介质折射率为n n，则，则 v=c/nv=c/n电磁波的传播速度电磁波的传播速度v v与频率与频率f f、波长、波长的关系是的关系是 v=fv=f电磁波由一种媒质进入另一种媒质时频率不变，电磁波由一种媒质进入另一种媒质时频率不变，传播速度和波长会发生变化。传播速度和波长会发生变化。电磁波的波长。电磁波的波长。电磁波是横波。电磁波是横波。2024/7/9514.2电磁振荡2024/7/96演示：演示：LCLC振荡实验振荡实验2024/7/97演示：演示：LCLC振荡实验振荡实验2024/7/98+2024/7/99+i0oqtt2024/7/910+i0oqtt正向正向放电放电2024/7/911+i0oqtt正向正向放电放电正向正向充电充电2024/7/912+i0oqtt反向反向放电放电正向正向放电放电正向正向充电充电2024/7/913+i0oqtt反向反向放电放电反向反向充电充电正向正向放电放电正向正向充电充电2024/7/914CSLG一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生2024/7/9151.1.振荡电流振荡电流:这种电路产这种电路产生生 的大小和方向做周期性的大小和方向做周期性变变 化的电流化的电流,叫振荡电流叫振荡电流.CSLG一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生2024/7/9161.1.振荡电流振荡电流:这种电路产这种电路产生生 的大小和方向做周期性的大小和方向做周期性变变 化的电流化的电流,叫振荡电流叫振荡电流.2.2.能够产生振荡电流的电路叫振荡电路能够产生振荡电流的电路叫振荡电路.如如图图 示是一种简单的振荡电路示是一种简单的振荡电路,称称LCLC振荡电振荡电路路.CSLG一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生2024/7/9171.1.振荡电流振荡电流:这种电路产这种电路产生生 的大小和方向做周期性的大小和方向做周期性变变 化的电流化的电流,叫振荡电流叫振荡电流.2.2.能够产生振荡电流的电路叫振荡电路能够产生振荡电流的电路叫振荡电路.如如图图 示是一种简单的振荡电路示是一种简单的振荡电路,称称LCLC振荡电振荡电路路.3.LC3.LC回路产生的振荡电流按正弦规律变化回路产生的振荡电流按正弦规律变化.CSLG一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生2024/7/9181.1.振荡电流振荡电流:这种电路产这种电路产生生 的大小和方向做周期性的大小和方向做周期性变变 化的电流化的电流,叫振荡电流叫振荡电流.2.2.能够产生振荡电流的电路叫振荡电路能够产生振荡电流的电路叫振荡电路.如如图图 示是一种简单的振荡电路示是一种简单的振荡电路,称称LCLC振荡电振荡电路路.说明说明:由由LC回路产生的振荡电流也是一回路产生的振荡电流也是一种交变电流种交变电流,只是它的频率比照明用交变电流只是它的频率比照明用交变电流的频率高得多的频率高得多.3.LC3.LC回路产生的振荡电流按正弦规律变化回路产生的振荡电流按正弦规律变化.CSLG一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生2024/7/919电磁振荡与机械振动类比：电磁振荡与机械振动类比：振振荡荡电电路路+放电放电放电放电充电充电充电充电单单摆摆2024/7/920电磁振荡与机械振动类比：电磁振荡与机械振动类比：i iv v q q(u u)h Eh E磁磁 E Ek k E E电电 E Ep p振振荡荡电电路路+放电放电放电放电充电充电充电充电单单摆摆2024/7/921电磁振荡电磁振荡:2024/7/922在振荡电路里产生振荡电流的过在振荡电路里产生振荡电流的过程中程中,电容器极板上的电荷电容器极板上的电荷q q、通过、通过线圈的电流线圈的电流i i、以及跟电流和电荷相、以及跟电流和电荷相联系的磁场联系的磁场B B和电场和电场E E等都发生周期性等都发生周期性的变化的变化,这种现象叫做电磁振荡这种现象叫做电磁振荡.电磁振荡电磁振荡:2024/7/923两类量两类量:2024/7/924第一类：电容器的电荷第一类：电容器的电荷q q、电压、电压u u、电场、电场E E、电场能电场能E E电电、线圈的自感、线圈的自感电动势电动势e e自自两类量两类量:2024/7/925第一类：电容器的电荷第一类：电容器的电荷q q、电压、电压u u、电场、电场E E、电场能电场能E E电电、线圈的自感、线圈的自感电动势电动势e e自自第二类：线圈的电流第二类：线圈的电流i i、磁场、磁场B B、磁场能、磁场能E E磁磁两类量两类量:2024/7/926第一类：电容器的电荷第一类：电容器的电荷q q、电压、电压u u、电场、电场E E、电场能电场能E E电电、线圈的自感、线圈的自感电动势电动势e e自自第二类：线圈的电流第二类：线圈的电流i i、磁场、磁场B B、磁场能、磁场能E E磁磁两类量的变化规律相反两类量的变化规律相反.即第一类增大时即第一类增大时第二类减小第二类减小;第一类达最大时第二类为零第一类达最大时第二类为零.两类量两类量:2024/7/927ito二、阻尼振荡和无阻尼振荡二、阻尼振荡和无阻尼振荡2024/7/9281.1.无阻尼振荡（理想）无阻尼振荡（理想）ito二、阻尼振荡和无阻尼振荡二、阻尼振荡和无阻尼振荡2024/7/9291.1.无阻尼振荡（理想）无阻尼振荡（理想）itoito二、阻尼振荡和无阻尼振荡二、阻尼振荡和无阻尼振荡2024/7/9301.1.无阻尼振荡（理想）无阻尼振荡（理想）2.2.阻尼振荡（实际）阻尼振荡（实际）itoito二、阻尼振荡和无阻尼振荡二、阻尼振荡和无阻尼振荡2024/7/9311.1.无阻尼振荡（理想）无阻尼振荡（理想）2.2.阻尼振荡（实际）阻尼振荡（实际）3.3.等幅振荡（实际应用）等幅振荡（实际应用）itoito二、阻尼振荡和无阻尼振荡二、阻尼振荡和无阻尼振荡2024/7/932小结小结2024/7/933 LCLC振荡电路产生振荡电流的物理原振荡电路产生振荡电流的物理原因是电容器的充放电作用和线圈的自感作用；因是电容器的充放电作用和线圈的自感作用；小结小结2024/7/934 LCLC振荡电路产生振荡电流的物理原振荡电路产生振荡电流的物理原因是电容器的充放电作用和线圈的自感作用；因是电容器的充放电作用和线圈的自感作用；LCLC振荡电路产生振荡电流的物理实质振荡电路产生振荡电流的物理实质是电场能和磁场能的周期性转换。是电场能和磁场能的周期性转换。小结小结2024/7/935 LCLC振荡电路产生振荡电流的物理原振荡电路产生振荡电流的物理原因是电容器的充放电作用和线圈的自感作用因是电容器的充放电作用和线圈的自感作用；LCLC振荡电路产生振荡电流的物理实质振荡电路产生振荡电流的物理实质是电场能和磁场能的周期性转换。是电场能和磁场能的周期性转换。在解决振荡电路问题时在解决振荡电路问题时,电场能与磁场电场能与磁场能的交替转化是解决问题的线索和关键能的交替转化是解决问题的线索和关键;与与电场能和磁场能相关的各量的变化规律是电场能和磁场能相关的各量的变化规律是解决问题的依据解决问题的依据;q-t和和i-t图线及其相互转化图线及其相互转化是解决问题的直观手段是解决问题的直观手段.小结小结2024/7/936D.D.磁场能正在向电场能转化磁场能正在向电场能转化 1.1.某时刻某时刻LCLC回路的状态如图回路的状态如图所示所示,则此时刻则此时刻 ()()A.A.振荡电流振荡电流i i 正在减小正在减小B.B.振荡电流振荡电流i i 正在增大正在增大C.C.电场能正在向磁场能转化电场能正在向磁场能转化 CL随堂练习随堂练习2024/7/937D.D.磁场能正在向电场能转化磁场能正在向电场能转化 1.1.某时刻某时刻LCLC回路的状态如图回路的状态如图所示所示,则此时刻则此时刻 ()()A.A.振荡电流振荡电流i i 正在减小正在减小B.B.振荡电流振荡电流i i 正在增大正在增大C.C.电场能正在向磁场能转化电场能正在向磁场能转化 CL由电流方向由电流方向和电容器上和电容器上电量可判断电量可判断电路中正在电路中正在充电充电.随堂练习随堂练习2024/7/938D.D.磁场能正在向电场能转化磁场能正在向电场能转化 1.1.某时刻某时刻LCLC回路的状态如图回路的状态如图所示所示,则此时刻则此时刻 ()()A.A.振荡电流振荡电流i i 正在减小正在减小B.B.振荡电流振荡电流i i 正在增大正在增大C.C.电场能正在向磁场能转化电场能正在向磁场能转化 CL由电流方向由电流方向和电容器上和电容器上电量可判断电量可判断电路中正在电路中正在充电充电.ADAD随堂练习随堂练习2024/7/939 2.2.LCLC回路中回路中电容器两端的电压随电容器两端的电压随时间变化的关系如图时间变化的关系如图所示所示,则则:():()A.A.在时刻在时刻t t1 1,电路中的电流最大电路中的电流最大B.B.在时刻在时刻t t2 2,电路中的磁场能最大电路中的磁场能最大C.C.在时刻在时刻t t2 2至至t t3 3,电路中电场能不断增大电路中电场能不断增大D.D.在时刻在时刻t t3 3至至t t4 4,电容的带电量不断增大电容的带电量不断增大UOt1t2t3t4t2024/7/940 2.2.LCLC回路中回路中电容器两端的电压随电容器两端的电压随时间变化的关系如图时间变化的关系如图所示所示,则则:():()A.A.在时刻在时刻t t1 1,电路中的电流最大电路中的电流最大B.B.在时刻在时刻t t2 2,电路中的磁场能最大电路中的磁场能最大C.C.在时刻在时刻t t2 2至至t t3 3,电路中电场能不断增大电路中电场能不断增大D.D.在时刻在时刻t t3 3至至t t4 4,电容的带电量不断增大电容的带电量不断增大UOt1t2t3t4tBCBC2024/7/941 3.3.如图所示的如图所示的LC LC 振荡振荡电路正处在振荡过程中电路正处在振荡过程中,某某时刻时刻L L中的磁场和中的磁场和C C中的电中的电场如图所示场如图所示,可知可知 ()A.A.电容器中的电场强度正在增大电容器中的电场强度正在增大B.B.线圈中磁感强度正在增大线圈中磁感强度正在增大C.C.该时刻电容器带电量最多该时刻电容器带电量最多D.D.该时刻振荡电流达最大值该时刻振荡电流达最大值CL2024/7/942 3.3.如图所示的如图所示的LC LC 振荡振荡电路正处在振荡过程中电路正处在振荡过程中,某某时刻时刻L L中的磁场和中的磁场和C C中的电中的电场如图所示场如图所示,可知可知 ()A.A.电容器中的电场强度正在增大电容器中的电场强度正在增大B.B.线圈中磁感强度正在增大线圈中磁感强度正在增大C.C.该时刻电容器带电量最多该时刻电容器带电量最多D.D.该时刻振荡电流达最大值该时刻振荡电流达最大值CLA A2024/7/943电磁振荡的周期和频率2024/7/944电电磁磁振振荡荡与与简简谐谐运运动动有有很很多多相相似似之之处处，它它们们的的运运动动都都有有周周期期性性，我我们们知知道道自自由由振振动动的的周周期期只只与与振振动动系系统统本本身身的的特特性性有有关关，那那么么电电磁磁振振荡荡的的周周期期或或频频率率是是由由什什么么因因素素决决定定的的呢呢？本本节节我我们们将将研研究究这这个问题个问题2024/7/945一、电磁振荡的周期和频率一、电磁振荡的周期和频率 1 1周周期期和和频频率率：电电磁磁振振荡荡完完成成一一次次周周期期性性变变化化所所需需的的时时间间叫叫做做周周期期，一一秒秒钟钟内内完完成成周周期变化的次数叫做频率期变化的次数叫做频率 LCLC回回路路的的周周期期和和频频率率由由回回路路本本身身的的特特性性决决定定这这种种由由振振荡荡回回路路本本身身特特性性所所决决定定的的振振荡荡周周期期（或或频频率率）叫叫做做振振荡荡电电路路的的固固有有周周期期（或或固固有有频频率率），简简称称振振荡荡电电路路的的周周期期（或频率）（或频率）2 2在一个周期内，振荡电流的方向改变两在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化变化2024/7/946v大量实验表明：大量实验表明：（1 1）电电容容增增大大时时，周周期期变变长长（频频率率变变低）；低）；（2 2）电电感感增增大大时时，周周期期变变长长（频频率率变变低）；低）；（3 3）电电压压升升高高时时，周周期期不不变变（频频率率不不变）变）结结果果表表明明，LCLC回回路路的的周周期期和和频频率率只只与与电电容容C C和和自自感感L L有有关关，跟跟电电容容器器的带电多少和回路电流大小无关的带电多少和回路电流大小无关2024/7/947v定性解释：定性解释：电电容容越越大大，电电容容器器容容纳纳电电荷荷就就越越多多，充充电电和和放放电电所所需需的的时时间间就就越越长长，因因此此周周期期越越长长，频频率率越越低低；自自感感越越大大，线线圈圈阻阻碍碍电电流流变变化化的的作作用用就就越越大大，使使电电流流的的变变化化越越缓缓慢慢，因因此周期越长，频率越低此周期越长，频率越低2024/7/948LCLC回路的周期和频率公式回路的周期和频率公式 （1 1）式式中中各各物物理理量量T T、L L、C C、f f的的单单位位分分别是别是s s、H H、F F、HzHz（2 2）适适当当地地选选择择电电容容器器和和线线圈圈，可可使使振振荡电路物周期和频率符合我们的需要荡电路物周期和频率符合我们的需要 2024/7/949例例：对对振振荡荡电电路路，下下列列说说法法正正确确的的是是（）B B振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为 A A振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的时间为时间为 C C振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化周期为周期为 D D振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期为周期为 2024/7/950解析：解析：在一个周期内，电容器充电、放电各两次，每次充在一个周期内，电容器充电、放电各两次，每次充电或放电所用的时间为振荡周期的电或放电所用的时间为振荡周期的1/4电场能与电场强电场能与电场强度的方向无关，磁场能与磁感应强度的方向无关，因此度的方向无关，磁场能与磁感应强度的方向无关，因此在电磁振荡的一个周期内各出现两次最大值，即电场能在电磁振荡的一个周期内各出现两次最大值，即电场能或磁场能的变化周期为电场、磁场、电荷的或磁场能的变化周期为电场、磁场、电荷的变化周期跟电流的变化周期相同均为变化周期跟电流的变化周期相同均为所以，正确选项为所以，正确选项为C CD D 2024/7/951小结：小结：vLCLC振振荡荡电电路路中中电电磁磁振振荡荡的的固固有有周周期期回路的周期回路的周期 固有频率固有频率 2024/7/952