電磁振蕩和電磁波要點

1、科目物理關(guān)鍵詞教案/電磁振蕩和電磁波年級高二文件jan30.doc標題電磁振蕩和電磁波內(nèi)容電磁振蕩和電磁波【教學(xué)結(jié)構(gòu)】一、電磁磁場4 PFI用ILLC振蕩電路：如圖1所示，由電感線圈和電容器組成的電路。2 .振蕩電流：由LC振蕩電路產(chǎn)生的大小和方向作周期性變化的交流電，振蕩電流 是一種頻率很高的交流電，很難用交流發(fā)電機產(chǎn)生，一般用 LC振蕩電路產(chǎn)生，與 前一章講的交流電不同。3 .電磁振蕩的產(chǎn)生，是本章的重要內(nèi)容，電磁振蕩產(chǎn)生的物理過程比較抽象，也是 本章教材的難點，必須多下功夫。振蕩產(chǎn)生條件：如圖1當(dāng)電鍵K與b接通，電源給電容器充電，充電結(jié)束，電容 器帶電，電容器儲存電場能，為 LC振蕩電路

2、的全部能量。唇圖2振蕩過程超圖3放電：電鍵K接通a,電容器開始放電，由于自感放電電流逐漸增大，電流方向如 圖2所示，逆時針方向。電容器電量逐漸減少，電場能逐漸減少轉(zhuǎn)化為電感線圈中 的磁場能，而且逐漸增大，放電結(jié)束時，電流最大，電容器帶電量為零，全部電場 能轉(zhuǎn)化為磁場能 ©圖4充電：如圖3所示，給電容器反向充電，電流仍為逆時針方向，電流強度逐漸減小, 電容器帶電量逐漸增大，磁場能逐漸減小，轉(zhuǎn)化為電場能，且逐漸增大，充電結(jié)束 時，充電電流為零，電容器帶電量最大，全部磁場能轉(zhuǎn)化為電場能。放電：如圖4所示，放電電流逐漸增大，其方向為順時針，電容器電量逐漸減小， 電場能逐漸減小，轉(zhuǎn)化為磁場能，

3、磁場能逐漸增大，當(dāng)放電結(jié)束時，放電電流最大， 電容器帶電量為零，全部電場能轉(zhuǎn)化為磁場能。存圖5充電：如圖5所示，給電容器充電，電流仍為順時針方向，電流強度逐漸減小，電 容器帶電量逐漸增大，磁場能逐漸減小，轉(zhuǎn)化為電場線，且逐漸增大。充電結(jié)束時， 充電電流為零，電容器帶電量最大，全部磁場能轉(zhuǎn)化為電場能。又回復(fù)到初始狀態(tài), 再重復(fù)上述振蕩過程。上述振蕩過程即為一個完整電磁振蕩過程。為了有助于電磁振蕩過程的理解，可用單擺的擺動類比，電源給電容器充電相當(dāng)把 擺球從平衡位置拉至最高點，做為振動的開始條件。電場能相當(dāng)于重力勢能，磁場 能相當(dāng)動能，電容器從圖2到圖3的放電過程電場能轉(zhuǎn)化為磁場能相當(dāng)單擺擺球從

4、最高點擺至平衡位置重力勢能轉(zhuǎn)化為擺球動能。電容器放電結(jié)束，電場能全部轉(zhuǎn)化 為磁場能相當(dāng)擺球的重力勢全部轉(zhuǎn)化動能，放電結(jié)束，電流強度最大，相當(dāng)于單擺 達平衡位置時速度最大。依此類比可加深對電磁振蕩過程的理解，注意關(guān)鍵是抓住 放電，充電結(jié)束的時刻的特點。從上述物理過程的分析，應(yīng)認識到電荷與電場，電場能，電流與磁場，磁場能是密 切聯(lián)系在一起的，電磁振蕩過程實際是電荷，電場，電流強度，磁場隨時做周期性 正弦變化的。4 .無阻尼振蕩和阻尼振蕩無阻尼振蕩：在自由振蕩中，沒有能量損失。振蕩過程中振蕩電流強度的振幅不 隨時間發(fā)生變化，又稱等幅振蕩。如圖 6所示。圖6圖7阻尼振蕩：在振蕩過程中，有能量損失，振蕩

5、電流的振幅逐漸減小，最后停止。又稱為減幅振蕩。如圖7所示。振蕩過程中，在電路電阻上產(chǎn)生熱量而損失，線路還要向外幅射能量，使 LC 振蕩電路中能量很快損失掉而停止振蕩。要維護振蕩必須不斷給振蕩電路補充能量。 振蕩器就是不斷補充損失的能量保證等幅振蕩。二、電磁振蕩的周期和頻率L周期：電磁振蕩完成一次周期性變化的時間，用 T表示，單位刎（S）LC電路中振蕩周期由電容和電感大小決定，實驗證明，T=2JLC ,當(dāng)C用法拉（F）、L用享利（H）為單位時，T的單位為秒（S）,使用此公式計算周期時注 意因為比較麻煩，一定要仔細。2 .頻率：一秒鐘完成周期性變化的次數(shù)。 用f表示，單位為赫茲（Hz）、千赫（KH

6、）1 f :2二,LC現(xiàn)， 實現(xiàn)要改變LC回路的振蕩周期、頻率，使之符合需要，通過改變電容，電感大小來實 若需增大頻率，當(dāng)電感不變時，調(diào)整可變電容器，使電容減小到某個值時即可3 .振蕩電路發(fā)生無阻尼自由振蕩的周期和頻率稱之為振蕩電路的固有周期和固有頻 率，又稱為振蕩電路的周期和頻率。A6圖E三、電磁場和電磁波L電磁場：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的電場和磁場交替產(chǎn) 生，這一理論很抽象，接受很困難，可利用學(xué)過知識去盡最大可能加以理解。根據(jù) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象，可知在圖8所示的線圈A中在磁通量發(fā)生變化時會產(chǎn)生感應(yīng)電流， 線圈磁通量變化，即磁場變化，線圈有感應(yīng)電流即在線圈中產(chǎn)生電場。若把線

7、圈A去掉還會有電流嗎？但電場應(yīng)還存在，變化磁場產(chǎn)生電場。2 .電磁波：變化磁場產(chǎn)生電場，變化電場產(chǎn)生磁場，交替產(chǎn)生傳播出去形成電磁波。LC回路中電磁振蕩就會產(chǎn)生變化電場和變化磁場，就會向外輻射電磁波。前面提 到幅射能量就是輻射電磁波。電磁波的周期和頻率就等于振蕩電路中振蕩電流的周期和頻率。3 .電磁波在空間傳播速度等于光速，C=3.00X 108m/s電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)。波長：電磁波在空間一個周期傳播的距離，用 人表 示。波速、波長、周期或頻率的關(guān)系：= =，T關(guān)于電磁波的發(fā)送與接收，有興趣的學(xué)生可閱讀有關(guān)書籍。【解題要點】例一：已知LC振蕩電路中電容器的極板1上的電量隨時間變化曲線如

8、圖9所示,LOC GJ忸方向相同。 方向相反。 方向相同。則：A. a、c兩時刻電路中電流最大, B. a、c兩時刻電路中電流最大, C. b、d兩時刻電路中電流最大,D. b、d兩時刻電路中電流最大，方向相反。解析：在LC振蕩電路振蕩過程中，電場能與電容器級板上的電量相聯(lián)系，當(dāng) 電容器帶的電量最大的時候，電場能量最大。磁場能與振蕩電路電流強度相聯(lián)系， 電流強度最大時，線圈儲存的磁場能最大。在放電過程中電場能逐漸減小，轉(zhuǎn)化為 磁場能，放電結(jié)束時，電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能。由此可知，圖9中當(dāng)電量為零的bd時刻電場能最小，磁場能最大，從而電流強度最大。電流方向相反，在電場能最 大時改變電流方向，oa

9、段電容器極板1電量增加電流方向為2L1,ab段極板1電量 減小，電流方向為1L2。在磁場能最大時不改變電流方向，可知經(jīng)過c后電流方向發(fā)生變化，b、d的電流方向相反，應(yīng)選Do另解：利用q-t曲線來解。曲線上各處的斜率即為各時刻的電路中的即時電流， i =效，在q=0的b、d時斜率最大，電路中的電流強度最大，在 a、c時刻斜率為零,即電流強度為00電流方向由斜率的正負判斷。斜率為負值電流方向為1L2,斜率為正值時對應(yīng)電流方向為 2L1, b、d時刻電流方向相反。應(yīng)選 D。解完此題后你是否想到，若把q軸改變i軸、u軸、B軸，其圖線又該如何？例二：一臺收音機可接收中波、短波兩個波段的無線電波，打開收音

10、機后蓋， 在磁棒上能看到兩組線圈，其中一組是細線密繞匝數(shù)多的數(shù)圈，另一組是粗線疏繞 匝數(shù)少的線圈，由此可以判斷A.匝數(shù)多的電感大，使調(diào)諧電路的固有頻率較小，故用于接收中波B.匝數(shù)多的電感小，使調(diào)諧電路的固有頻率較大，故用于接收短波C.匝數(shù)少的電感小，使調(diào)諧電路的固有頻率較小，故用于接收短波D.匝數(shù)少的電感大，使調(diào)諧電路的固有頻率較大，故用于接收中波解析：解答本題必須對匝數(shù)與電感大小的關(guān)系、電感與固有頻率的關(guān)系，頻率 與波長的關(guān)系和調(diào)諧電路的固有頻率與接收電磁波波長的關(guān)系很清楚，才能準確選 出正確的選項。根據(jù)匝數(shù)多密繞的線圈電感大，匝數(shù)少疏繞的線圈電感小，可排除 B、D選項。根據(jù)f=1/2冗五C

11、,電感越大，回路固有頻率越小，可排除 C選項。根 據(jù)c二f九，頻率越小，波長越大，可知 A選項是正確的。調(diào)諧電路是接收機，選取不同頻率電磁波（或不同波長電磁波）的接收電路， 當(dāng)調(diào)諧電路固有頻率多大就可接收到同頻率的電磁波？例三：某振蕩電路的自感系數(shù)為L,電容為C,在真空中激發(fā)的電磁波波長為X, 若保持L不變，把電容變?yōu)?時，在真空中激發(fā)白電磁波些為 九/2。解析：解答本題要涉及 LC振蕩電路的周期公式：T=2nEC,電磁波的傳播 公式：。=九/2,還應(yīng)該明確，電磁波傳播過程中，波速 。不受波源影響，只由介質(zhì) 決定。即波在真空中傳播電磁波的波速是不改變的。由此可知，電磁波的波長變?yōu)?兒/2,周期

12、必須變?yōu)樵瓉淼囊话?，T'=巳=27 LC/2 =2KLC',可算出C'=C/4?！菊n余思考】LLC電路振蕩過程中，電容器的電量，電流強度，磁場能，電場能是如何變化的?2 . LC電路振蕩周期、頻率的公式。3 .電磁波傳播過程波速、頻率、波長的關(guān)系?！就骄毩?xí)】L如圖10所示電路中，電容器電量為 C,線圈電感為L。先將單刀雙擲電鍵開關(guān) K 撥向a,然后將開關(guān)K撥向b,則電容器從開始放電到放完電所經(jīng)歷的時間為A. 3 LCB. . LC C.二. LC D. 2二C222 .在圖11中L為電阻為零的自感線圈，C為電容器，開關(guān)K閉合時，燈泡正常發(fā) 光，如果突然斷開開關(guān)K,并開始計時，規(guī)定a板帶電為正電時Q為正，則在圖12 中，能正確反映電量隨時間變化關(guān)系的圖是7mnp-1q圖口圖123 .一個LC振蕩電路，已知電容 C的一個極板帶電量隨時間變化的關(guān)系圖如圖 13 所示，那么在1X10-6S到2X10-6S這段