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(共26張PPT)
4.1電磁振蕩
1
2
3
振蕩中的能量變化
電磁振蕩的產生
目錄
CONTENTS
振蕩的周期和頻率
新課引入
水波是由機械振動形成的。一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是要形成持續的水波，則需要不斷地擊打水面。要產生持續的電磁波，需要持續變化的電流。怎樣才能產生這樣的電流呢？
電磁振蕩的產生
01.
把線圈、電容器、電源和單刀雙擲開關按照圖連成電路。把電壓傳感器（或示波器）的兩端連在電容器的兩個極板上。
先把開關置于電源一側，為電容器充電;稍后再把開關置于線圈一側，使電容器通過線圈放電。觀察電腦顯器顯示的電壓波形。
E
C
S
L
為什么會出現這樣的變化波形圖？
電磁振蕩的產生
01.
大小和方向都做周期性迅速變化的電流叫振蕩電流。
產生振蕩電流的電路叫振蕩電路。
1.振蕩電流:
2.振蕩電路:
（1）LC回路：由線圈L和電容器C組成的最簡單振蕩電路。
（2）理想的LC振蕩電路:只考慮線圈、電容器的作用，而忽略能量損耗。
振蕩電流實際上就是交變電流，習慣上指頻率很高的交變電流。
LC振蕩電路
電磁振蕩的產生
01.
－
－
－
－
L
C
＋
＋
＋
＋
i＝0
qm
q＝0
im
＋
＋
＋
＋
－
－
－
－
i＝0
qm
放電
q↓ i↑
放電
q↓ i↑
反向
充電
q↑
i↓
充
電
q↑
i↓
周期性變化
的充放電過程
im
q＝0
電磁振蕩的產生
01.
電流i
0
t
+
-
電容器
電量q
0
t
+
-
+
-
+
-
+
-
正向放電
正向充電
反向放電
反向充電
電磁振蕩的產生
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
周而復始
放電
反向充電
反向放電
充電
我們把電路中的電流、電容器極板上的電荷量、電容器的電場強度、線圈里的磁感應強度，都在做周期性變化的這種現象叫做電磁振蕩。
振蕩中的能量變化
02.
電磁振蕩與機械振動雖然有著本質的不同，但它們還是具有一些共同的特點。在機械振動中，例如在單擺的振動中，位移x、速度v、加速度a 這幾個物理量周期性地變化。在電磁振蕩中，電荷量q、電流i、電場強度E、磁感應強度B這幾個物理量也在周期性地變化。
在機械振動中，動能與勢能周期性地相互轉化。那么，在電磁振蕩中，能量是如何轉化的
振蕩中的能量變化
02.
電磁振蕩的過程中，電場能和磁場能發生周期性的轉化
0
t
t
0
磁
場
能
電
場
能
電場能
磁場能
放電
q、B、i、E變化周期T
電場能、磁場能變化周期
振蕩中的能量變化
02.
兩個物理過程
①放電過程:電場能轉化為磁場能，q↓→ i↑
②充電過程:磁場能轉化為電場能，q↑ → i↓
①充電完畢:磁場能向電場能轉化完畢,電場能最大,磁場能最小.
②放電完畢:電場能向磁場能轉化完畢,磁場能最大,電場能最小.
LC回路工作過程具有對稱性和周期性,可歸結為:
兩個特殊狀態
振蕩中的能量變化
02.
1.同步同變關系：
在LC回路發生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電量q、電場強度E、電場能EE是同步同向變化的，即：q↓—E↓—EE↓（或q↑—E↑—EE↑）。
振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應強度B、磁場能EB也是同步同向變化的，即：i↑—B↑—EB↑（或i↓—B↓—EB↓）。
2.同步異變關系：
在LC回路產生電磁振蕩的過程中，電容器上的三個物理量q、E、EE與線圈中的三個物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE↑→i、B、EB↓。
振蕩中的能量變化
02.
若無能量損失，則有電場能與磁場能交替轉化:總能量守恒＝電場能＋磁場能＝恒量。但實際的LC振蕩回路都有能量一部分能量轉化為內能或者以電磁波形式輻射出去，所以振蕩電流的振幅就會逐漸減小，直到停止振蕩。
在電磁振蕩變化快慢與哪些因素有關？
振蕩的周期和頻率
03.
1.周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。
2.頻率：1 s內完成的周期性變化的次數。
3.振蕩電路里在不受其他外界條件影響下發生無阻尼振蕩時的周期和頻率叫振蕩電路的固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率。
振蕩的周期和頻率
03.
思考：電容較大時，電容器充電、放電的時間會長些還是短些 線圈的自感系數較大時，電容器充電、放電的時間會長些還是短些？根據討論結果，定性分析LC電路的周期（頻率）與電容 C、電感L的關系。
振蕩的周期和頻率
03.
振蕩的周期和頻率
03.
理論分析表明，LC電路的周期T與電感L、電容C的關系是
說明：①在一個周期內，振蕩電流的方向改變兩次；
②電場能（或磁場能）完成兩次周期性變化。
振蕩的周期和頻率
03.
例題：在LC振蕩電路中，線圈L的自感系數為30μH，可調電容器C的可調范圍為1.7-270pF。求振蕩電路的頻率范圍。
解：根據LC振蕩電路的頻率公式
此振蕩電路的頻率范圍是1.77×106—2.65×107Hz。
振蕩的周期和頻率
03.
由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期和頻率，叫做振蕩電路的固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率。
現代的實際電路中使用的振蕩器多數是晶體振蕩器(如圖)，其工作原理與LC振蕩電路的原理基本相同。
配套習題
04.
【參考答案】A
5G技術是“第五代移動通信技術”的簡稱，采用了3300~5000MHz（1M=106）頻段的無線電波，某發射5G無線電波的LC電磁振蕩電路如圖所示。下列說法正確的是（　?。?br/>A．圖示時刻，電容器兩極板帶的電荷量正在增加
B．圖示時刻，電感線圈儲存的磁場能正在增加
C．5G通信技術采用的無線電波屬于毫米波
D．無線電波的頻率越大，在真空中傳播的速度越大

配套習題
04.
配套習題
04.
【參考答案】AD
（多選）如圖甲所示，在超聲波懸浮儀中，由LC振蕩電路產生高頻電信號，通過壓電陶瓷轉換成同頻率的超聲波，利用超聲波最終實現小水珠的懸浮。若某時刻LC振蕩電路線圈中的磁場及電容器兩極板所帶的電荷如圖乙所示，則下列說法正確的是（　?。?br/>A．此時電容器正在充電
B．此時電場能正向磁場能轉化
C．此時線圈中的電流正在增大
D．在線圈中插入鐵芯，LC振蕩電路的周期增大
配套習題
04.

配套習題
04.
【參考答案】BD

配套習題
04.

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