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第1节 电磁振荡
第四章
人教版（2019）选择性必修二
CONTENTS
目录
电磁振荡的产生
01
电磁振荡中的能量变化
02
电磁振荡的周期和频率
03
水波是由机械振动形成的。一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？
新课导入
知识讲解
课堂小结
随堂练习
布置作业
一、电磁振荡的产生
把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。
先把开关置于电源一侧，为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。观察电脑显器显示的电压波形。
E
C
S
L
提问：为什么会出现这样的变化波形图？
现象：电路中的电压发生周期性的变化，且逐渐减小
1.LC振荡电路
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知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
－
－
－
－
L
C
自感
＋
＋
＋
＋
－
－
－
－
E
C
＋
＋
＋
＋
分析：电路的电压、电流发生周期性的变化。
问题1：电压、电流发生周期性的变化的电路是什么电路呢？
振荡电路
问题2：这样的电路具体有什么特点呢？
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1.概念
①振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流
②振荡电路：能够产生振荡电流的电路。
③LC振荡电路：
当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路。
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布置作业
2.振荡电路的工作原理
电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多，电场 E最强，磁场 B 为0。
－
L
C
＋
E
（1）电容器充电结束
E
C
S
L
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课堂小结
布置作业
①电容器开始放电，由于线圈的自感作用，电流从0开始逐渐增大，两极板电荷量减少，电场 E减弱，磁场 B增强。
电场能转化为磁场能。
（2）电容器正向放电过程
L
C
②电容器放电结束
电场能完全转化为磁场能，磁场能最大，电场能最小，电流最大，电流由正极板流向负极板。
＋
－
正向放电
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课堂小结
布置作业
（3）电容器正向充电过程
L
C
－
＋
①自感线圈给电容器正向充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐增多，电流减小，电流由负极板流向正极板。
反向充电的过程中，磁场能转化为电场能 。
正向充电
②充电完毕
自感线圈给电容器正向充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大。电场 E最强，磁场B为0。
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布置作业
（4）电容器反向放电过程
①电容器开始放电，回路中电流开始逐渐增大，两极板电荷量减少，电场 E减弱，电流增大，电流由正极板流向负极板，磁场 B增强，电场能转化为磁场能 。
L
C
②放电完毕
电量为0，电场为0，电流 最大，电流正极板流向负极板，磁场 B最强。
－
＋
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课堂小结
布置作业
（5）电容器反向充电过程
－
L
C
＋
①自感线圈再次给电容器反向充电，电量增大，电场 E增强，电流减小，电流由负极板流向正极板磁场 B减弱，磁场能转化为电场能 。
②充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大的状态，此后电容器再放电、再充电。
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课堂小结
布置作业
－
－
－
－
L
C
＋
＋
＋
＋
i＝0
qm
im
q＝0
q＝0
im
＋
＋
＋
＋
－
－
－
－
i＝0
qm
放电
q↓ i↑
放电
q↓ i↑
反向
充电
q↑
i↓
充
电
q↑
i↓
周期性的
变化
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布置作业
动画模拟振荡电路工作原理
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布置作业
电磁振荡的电流、电荷量图象分析
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
正向放电
正向充电
反向放电
反向充电
q最大，u最大
i最小，B最小
q最小，u最小
i最大，B最大
q最大，u最大
i最小，B最小
q最小，u最小
i最大，B最大
q最大，u最大
i最小，B最小
电流I
0
t
电容器
电量Q
0
t
振荡电路图像分析
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布置作业
i → 电流
0
t
+
-
B →线圈中的磁感应强度
0
t
+
-
+
-
+
-
+
-
正向放电
正向充电
反向放电
反向充电
电磁振荡的电流、磁场图象分析
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布置作业
Q →电容器电量
0
t
+
-
E →电容器两板的场强
0
t
+
-
+
-
+
-
+
-
正向放电
正向充电
反向放电
反向充电
电磁振荡的电荷量、场强图象分析
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二、电磁振荡中的能量变化
问题：在电磁振荡中，能量是如何转化的
电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化
0
t
t
0
磁
场
能
电
场
能
Q、B、i、E变化周期
T
电场能、磁场能变化周期
电场能
磁场能
电场能
磁场能
电场能
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布置作业
电磁振荡中的特点
(1)两个物理过程：
①放电过程:电场能转化为磁场能，q↓→ i↑
②充电过程:磁场能转化为电场能，q↑ → i↓
①充电完毕:磁场能向电场能转化完毕,电场能最大,磁场能最小.
②放电完毕:电场能向磁场能转化完毕,磁场能最大,电场能最小.
LC回路工作过程具有对称性和周期性,可归结为:
(2)两个特殊状态：
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电磁振荡中的能量损耗
（2）阻尼振荡产生的原因
这是由于电路都有电阻，电路中就会
有一部分能量会转化为内能。
另外，还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。
1.阻尼振荡
（1）任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡。
实际情况
2.无阻尼振荡
在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，也叫做等幅振荡。
理想情况
补充：如果能够适时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡。实际电路中由电源通过电子器件为LC电路补充能量。
问题：怎样描述振荡电流变化的快慢？
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布置作业
三、电磁振荡的周期和频率
1.周期和频率：
（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
（2）频率：1 s内完成的周期性变化的次数。
（3）振荡电路里在不受其他外界条件影响下发生无阻尼振荡时的周期和频率叫振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。
思考：LC电路的周期（频率）与电容 C、电感L有什么样的关系？
t
i
0
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布置作业
理论分析表明，LC电路的周期T与电感L、电容C的关系是
①式中各物理量T、L、C、f 的单位分别是s、H、F、Hz。
②改变周期的方法：
L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯。
注意：①在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；
②电场能（或磁场能）完成两次周期性变化。
2.电磁振动的周期和频率规律
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电磁振荡的产生
电磁振荡
LC振荡电路
振荡电路的工作原理
电磁振荡中的能量变化
电场能和磁场能会发生周期性的转化
无阻尼振荡
阻尼振荡
电磁振荡的周期和频率
布置作业
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随堂练习
【学以致用1】（多选）在LC振荡电路中，某时刻电路中的电流方向如图所示，且电流正在减小，则该时刻（　　）
A.电容器上极板带正电，下极板带负电
B.电容器上极板带负电，下极板带正电
C.电场能正在向磁场能转化
D.磁场能正在向电场能转化
答案:BD
【解析】C错，D对：电流正在减小说明磁场能转化为电场能。
A错，B对：此时电容器正在充电，由电流方向知电容器上极板带负电，下极板带正电。
随堂练习
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布置作业
【学以致用2】下图为某时刻LC振荡电路中电容器电场的方向和电流的方向,则下列说法正确的是(　　)
A.电容器正在放电
B.电感线圈的磁场能正在减少
C.电感线圈中的电流正在增大
D.电容器的电场能正在减少
答案:B
【解析】:由题图知,电路中电流方向为逆时针方向,电容器被充电,电场能增加,电感线圈中的电流正在减小,电感线圈的磁场能正在减少,A、C、D错误,B正确。
随堂练习
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布置作业
【学以致用3】在如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定电路中振荡电流逆时针方向为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是（ ）
答案:D
随堂练习
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课堂小结
布置作业
【学以致用4】下图为LC振荡电路中电容器的极板所带电荷量随时间变化的曲线,下列判断正确的是(　　)
①在b和d时刻,电路中电流最大
②在a→b时间内,电场能转变为磁场能
③a和c时刻,磁场能为零
④在O→a和c→d时间内,电容器被充电
A.只有①和③
B.只有②和④
C.只有④
D.只有①②和③
答案:D
随堂练习
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布置作业
【学以致用5】如图所示，线圈L的自感系数为25 mH，电阻为零，电容器C的电容为40 μF，灯泡D的规格是“4 V　2 W”。开关S闭合后，灯泡D正常发光，开关S断开后，LC电路中产生振荡电流。f若从S断开开始计时，求：
（1）当t=×10-3 s时，电容器的右极板带何种电荷；
（2）当t=π×10-3 s时，LC回路中的电流。
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