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第四章 电磁振荡与电磁波
4.1 电磁振荡
【学习目标】
1. 知道什么是LC振荡电路和LC回路中振荡电流产生的过程．
2．知道产生电磁振荡过程中，LC振荡电路中的能量转化情况，知道阻尼振荡和无阻尼振荡．
3．知道LC回路的周期、频率公式，并能利用公式分析、计算简单问题．
先把开关置于电源一侧，为电容器充电；
稍后置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电；试分析电容器中的电量和电路中的电流的变化。
L
C
LC振荡电路
大小和方向都做周期性迅速变化的电流叫振荡电流。
产生振荡电流的电路叫振荡电路。
1.振荡电流:
2.振荡电路:
①LC回路：由线圈L和电容器C组成的最简单振荡电路。
②理想的LC振荡电路:
只考虑线圈、电容器的作用，而忽略能量损耗。
振荡电流实际上就是交变电流，习惯上指频率很高的交变电流
一、电磁振荡的产生
放电过程
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0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少。到放电完毕时，放电电流达到最大值，电容器极板上没有电荷。
2、振荡的变化规律：
一、电磁振荡的产生
②充电过程
电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为0，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小。由于电流继续流动，电容器充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐增多。充电完毕的瞬间，电流减小为0，电容器极板上的电荷最多。
2、振荡的变化规律：
一、电磁振荡的产生
3.电磁振荡的图象分析
电流I
0
t
+
-
电容器
电量Q
0
t
+
-
+
-
+
-
+
-
正向放电
正向充电
反向放电
反向充电
二、振荡的变化规律：
二、电磁振荡中的能量变化
在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化。那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的？

电容器可以将能量储存在电场中，电感线圈可以将能量储存在磁场中。当电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B做周期性变化时，相应地，电场能和磁场能也会发生周期性的转化。
二、电磁振荡中的能量变化
i
0
t
B
0
t
E
0
t
Q
0
t
B(I)
0
t
E(q)
电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化
t
0
磁
场
能
电
场
能
电场能
磁场能
磁感强度B
电容器带电量ｑ
电路中电流i
同步变化
同步变化
两极间场强E
Q、B、i、E变化周期
T
电场能、磁场能变化周期
二、电磁振荡中的能量变化
(1)两个物理过程：
放电过程：q↓→ i↑，电场能转化为磁场能。
充电过程：i↓ → q↑，磁场能转化为电场能。
充电完毕状态：磁电场能最大，磁场能最小。
放电完毕状态：电磁场能最大，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：
三、电磁振荡的特点
例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
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。
例2.(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(　　）
A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a
B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
ABC
1．周期和频率：
　　①电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，
　　②一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率．
LC回路的周期和频率：由回路本身的特性决定．
　 这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）．
2．在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化．
四、电磁振荡的周期和频率
电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些？线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些？根据讨论结果，定性分析 LC 电路的周期（频率）与电容 C、电感 L 的关系。
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。
三、电磁振荡的周期和频率
例3.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。若从S断开开始计时，求：
（1）当t=π2×10-3 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。
?
五、等幅振荡
如果没有能量损失，振荡可以永远持续下去，振荡电流的振幅保持不变。但是，任何电路都有电阻，电路中总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。这样，振荡电路中的能量就会逐渐减少，振荡电流的振幅也就逐渐减小，直到最后停止振荡。
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。
电阻消耗的内能
以及电磁波辐射消耗的能量
补充能量
课堂小结
一、振荡的产生
1、振电磁荡电流、振荡电路的定义
2、电磁振荡的过程，LC振荡电路的动态分析
3、振荡电路中的电流、电荷量、电场强度、磁感应强度的变化关系
二、电磁振荡中的能量变化
三、电磁振荡的周期和频率
T＝2π???????? ????=12π????????
?
1.如图所示为理想LC振荡回路，某时刻电容器极板带电情况和线圈中的磁场方向如图，下列哪些说法是正确的（ 　）
A.此时电容器正在充电
B.此时线圈中的磁场能在减少
C.若在线圈中插入铁芯，振荡电流的频率增大
D.若增大电容器极板间距，振荡电流的频率增大
D
当堂检测
D. 磁场能正在向电场能转化
2.某时刻LC回路的状态如图所示, 则此时刻 ( )
A. 振荡电流i 正在减小
B. 振荡电流i 正在增大
C. 电场能正在向磁场能转化
?
?
?
?
C
L
由电流方向和电容器上电量可判断电路中正在充电.
AD
当堂检测
3. LC回路中电容器两端的电压随时间变化的关系如图所示, 则 ( )
A. 在时刻t1, 电路中的电流最大
B. 在时刻t2, 电路中的磁场能最大
C. 在时刻t2至t3, 电路中电场能不断增大
D. 在时刻t3至t4, 电容的带电量不断增大
U
O
t1
t2
t3
t4
t
BC
当堂检测
4.（多选）对振荡电路，下列说法正确的是（ ）
B.振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为
A.振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的时间为
C.振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化周期为
D.振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期为
CD
+
?
+
?
+
?
放电
当堂检测
5.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（ ）
D
当堂检测

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