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(共26张PPT)
4.1电磁振荡
1
2
3
振荡中的能量变化
电磁振荡的产生
目录
CONTENTS
振荡的周期和频率
新课引入
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？
电磁振荡的产生
01.
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
为什么会出现这样的变化波形图？
电磁振荡的产生
01.
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:
（1）LC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。
LC振荡电路
电磁振荡的产生
01.
－
－
－
－
L
C
＋
＋
＋
＋
i＝0
qm
q＝0
im
＋
＋
＋
＋
－
－
－
－
i＝0
qm
放电
q↓ i↑
放电
q↓ i↑
反向
充电
q↑
i↓
充
电
q↑
i↓
周期性变化
的充放电过程
im
q＝0
电磁振荡的产生
01.
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
电磁振荡的产生
01.
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
周而复始
放电
反向充电
反向放电
充电
我们把电路中的电流、电容器极板上的电荷量、电容器的电场强度、线圈里的磁感应强度，都在做周期性变化的这种现象叫做电磁振荡。
振荡中的能量变化
02.
电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同，但它们还是具有一些共同的特点。在机械振动中，例如在单摆的振动中，位移x、速度v、加速度a 这几个物理量周期性地变化。在电磁振荡中，电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量也在周期性地变化。
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
振荡中的能量变化
02.
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
电场能
磁场能
放电
q、B、i、E变化周期T
电场能、磁场能变化周期
振荡中的能量变化
02.
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:
两个特殊状态
振荡中的能量变化
02.
1.同步同变关系：
在LC回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能EE是同步同向变化的，即：q↓—E↓—EE↓（或q↑—E↑—EE↑）。
振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的，即：i↑—B↑—EB↑（或i↓—B↓—EB↓）。
2.同步异变关系：
在LC回路产生电磁振荡的过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE↑→i、B、EB↓。
振荡中的能量变化
02.
若无能量损失，则有电场能与磁场能交替转化:总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量。但实际的LC振荡回路都有能量一部分能量转化为内能或者以电磁波形式辐射出去，所以振荡电流的振幅就会逐渐减小，直到停止振荡。
在电磁振荡变化快慢与哪些因素有关？
振荡的周期和频率
03.
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。
振荡的周期和频率
03.
思考：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。
振荡的周期和频率
03.
振荡的周期和频率
03.
理论分析表明，LC电路的周期T与电感L、电容C的关系是
说明：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。
振荡的周期和频率
03.
例题：在LC振荡电路中，线圈L的自感系数为30μH，可调电容器C的可调范围为1.7-270pF。求振荡电路的频率范围。
解：根据LC振荡电路的频率公式
此振荡电路的频率范围是1.77×106—2.65×107Hz。
振荡的周期和频率
03.
由振荡回路本身特性所决定的振荡周期和频率，叫做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。
现代的实际电路中使用的振荡器多数是晶体振荡器(如图)，其工作原理与LC振荡电路的原理基本相同。
配套习题
04.
【参考答案】A
5G技术是“第五代移动通信技术”的简称，采用了3300~5000MHz（1M=106）频段的无线电波，某发射5G无线电波的LC电磁振荡电路如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．图示时刻，电容器两极板带的电荷量正在增加
B．图示时刻，电感线圈储存的磁场能正在增加
C．5G通信技术采用的无线电波属于毫米波
D．无线电波的频率越大，在真空中传播的速度越大

配套习题
04.
配套习题
04.
【参考答案】AD
（多选）如图甲所示，在超声波悬浮仪中，由LC振荡电路产生高频电信号，通过压电陶瓷转换成同频率的超声波，利用超声波最终实现小水珠的悬浮。若某时刻LC振荡电路线圈中的磁场及电容器两极板所带的电荷如图乙所示，则下列说法正确的是（　　）
A．此时电容器正在充电
B．此时电场能正向磁场能转化
C．此时线圈中的电流正在增大
D．在线圈中插入铁芯，LC振荡电路的周期增大
配套习题
04.

配套习题
04.
【参考答案】BD

配套习题
04.

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