电磁波的发现2024/9/211a一、麦克斯韦电磁场理论1 1、变变化的磁化的磁场场可以可以产产生生电场电场 在在变变化的磁化的磁场场中所中所产产生的生的电电场线场线是是闭闭合的。合的。 2 2、变变化的化的电场电场可以可以产产生磁生磁场场2024/9/212a对麦克斯韦电磁场理论的理解v1、恒定的电场不产生磁场v2、恒定的磁场不产生电场v3、均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场v4、均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场v5、振荡的电场产生同频率振荡磁场v6、振荡的磁场产生同频率振荡电场2024/9/213a4.电磁场v1. 1. 周期性周期性变化化电场和周期性和周期性变化的磁化的磁场总是是相互相互联系着的，形成一个不可分割的系着的，形成一个不可分割的统一体，一体，这就是就是电磁磁场。2024/9/214a二、二、电磁波磁波 空空间中某中某处电场交交变变化就在周化就在周围空空间产生交生交变磁磁场，交交变磁磁场又在周又在周围空空间产生交生交变电场，电场和磁和磁场就就这样交替交替变化逐化逐渐由由变化的区域化的区域传播出去形成播出去形成电磁波。磁波。电磁磁场由近及由近及远地地传播，就形成播，就形成电磁波。磁波。 麦克斯麦克斯韦电磁磁场理理论的的这个个预言已言已为赫赫兹实验证实。 不同不同频率的率的电磁波在真空中磁波在真空中传播的速度相同，都播的速度相同，都等于等于c=3.00108m/s c=3.00108m/s 。在介。在介质中中电磁波的磁波的传播速度播速度v v小小于于c c，假，假设介介质折射率折射率为n n，那么，那么 v = c / n v = c / n电磁波的磁波的传播速度播速度v v与与频率率f f、波、波长的关系是的关系是 v=fv=f电磁波由一种媒磁波由一种媒质进入另一种媒入另一种媒质时频率不率不变，传播速度和波播速度和波长会会发生生变化。化。电磁波的波磁波的波长。电磁波是横波。磁波是横波。2024/9/215a14.2?电磁振荡?2024/9/216a演示：演示：LCLC振振荡实验2024/9/217a演示：演示：LCLC振振荡实验2024/9/218a+2024/9/219a+i0oqtt2024/9/2110a+i0oqtt正向正向放放电2024/9/2111a+i0oqtt正向正向放放电正向正向充充电2024/9/2112a+i0oqtt反向反向放放电正向正向放放电正向正向充充电2024/9/2113a+i0oqtt反向反向放放电反向反向充充电正向正向放放电正向正向充充电2024/9/2114aCSLG一、一、电磁振磁振荡的的产生生2024/9/2115a1. 1. 振振荡电流流: : 这种种电路路产生生 的大小和方向做周期性的大小和方向做周期性变 化的化的电流流, , 叫振叫振荡电流流. .CSLG一、一、电磁振磁振荡的的产生生2024/9/2116a1. 1. 振振荡电流流: : 这种种电路路产生生 的大小和方向做周期性的大小和方向做周期性变 化的化的电流流, , 叫振叫振荡电流流. .2.2. 能能够产生振生振荡电流的流的电路叫振路叫振荡电路路. . 如如图 示是一种示是一种简单的振的振荡电路路, , 称称LCLC振振荡电路路. .CSLG一、一、电磁振磁振荡的的产生生2024/9/2117a1. 1. 振振荡电流流: : 这种种电路路产生生 的大小和方向做周期性的大小和方向做周期性变 化的化的电流流, , 叫振叫振荡电流流. .2. 2. 能能够产生振生振荡电流的流的电路叫振路叫振荡电路路. . 如如图 示是一种示是一种简单的振的振荡电路路, , 称称LCLC振振荡电路路. .3. LC3. LC回路回路产生的振生的振荡电流按正弦流按正弦规律律变化化. .CSLG一、一、电磁振磁振荡的的产生生2024/9/2118a1. 1. 振振荡电流流: : 这种种电路路产生生 的大小和方向做周期性的大小和方向做周期性变 化的化的电流流, , 叫振叫振荡电流流. .2. 2. 能能够产生振生振荡电流的流的电路叫振路叫振荡电路路. . 如如图 示是一种示是一种简单的振的振荡电路路, , 称称LCLC振振荡电路路. .说明明: 由由LC回路回路产生的振生的振荡电流也是一流也是一种交种交变电流流, 只是它的只是它的频率比照明用交率比照明用交变电流流的的频率高得多率高得多.3. LC3. LC回路回路产生的振生的振荡电流按正弦流按正弦规律律变化化. .CSLG一、一、电磁振磁振荡的的产生生2024/9/2119a电磁振磁振荡与机械振与机械振动类比：比：振振荡电路路+放放电放放电充充电充充电单摆2024/9/2120a电磁振磁振荡与机械振与机械振动类比：比：i iv v q q( (u u) ) h Eh E磁磁 E Ek k E E电 E Ep p振振荡电路路+放放电放放电充充电充充电单摆2024/9/2121a电磁振磁振荡: :2024/9/2122a在振在振荡电路里路里产生振生振荡电流的流的过程中程中, , 电容器极板上的容器极板上的电荷荷q q、通、通过线圈的圈的电流流i i、以及跟、以及跟电流和流和电荷相荷相联系的磁系的磁场B B和和电场E E等都等都发生周期性生周期性的的变化化, , 这种种现象叫做象叫做电磁振磁振荡. .电磁振磁振荡: :2024/9/2123a两两类量量: :2024/9/2124a第一第一类：电容器的容器的电荷荷q q、电压u u、电场E E、 电场能能E E电、线圈的自感圈的自感电动势e e自自两两类量量: :2024/9/2125a第一第一类：电容器的容器的电荷荷q q、电压u u、电场E E、 电场能能E E电、线圈的自感圈的自感电动势e e自自第二第二类：线圈的圈的电流流i i、磁、磁场B B、磁、磁场能能E E磁磁两两类量量: :2024/9/2126a第一第一类：电容器的容器的电荷荷q q、电压u u、电场E E、 电场能能E E电、线圈的自感圈的自感电动势e e自自第二第二类：线圈的圈的电流流i i、磁、磁场B B、磁、磁场能能E E磁磁两两类量的量的变化化规律相反律相反. . 即第一即第一类增大增大时第二第二类减小减小; ; 第一第一类达最大达最大时第二第二类为零零. .两两类量量: :2024/9/2127aito二、阻尼振二、阻尼振荡和无阻尼振和无阻尼振荡2024/9/2128a1. 1. 无阻尼振无阻尼振荡荡 理想理想 ito二、阻尼振二、阻尼振荡和无阻尼振和无阻尼振荡2024/9/2129a1. 1. 无阻尼振无阻尼振荡荡 理想理想 itoito二、阻尼振二、阻尼振荡和无阻尼振和无阻尼振荡2024/9/2130a1. 1. 无阻尼振无阻尼振荡荡 理想理想 2. 2. 阻尼振阻尼振荡荡 实际实际 itoito二、阻尼振二、阻尼振荡和无阻尼振和无阻尼振荡2024/9/2131a1. 1. 无阻尼振无阻尼振荡荡 理想理想 2. 2. 阻尼振阻尼振荡荡 实际实际 3. 3. 等幅振等幅振荡荡 实际应实际应用用 itoito二、阻尼振二、阻尼振荡和无阻尼振和无阻尼振荡2024/9/2132a小小结2024/9/2133a LCLC振振荡电路路产生振生振荡电流的物理原流的物理原因是因是电容器的充放容器的充放电作用和作用和线圈的自感作用；圈的自感作用；小小结2024/9/2134a LCLC振振荡电路路产生振生振荡电流的物理原流的物理原因是因是电容器的充放容器的充放电作用和作用和线圈的自感作用；圈的自感作用； LCLC振振荡电路路产生振生振荡电流的物理流的物理实质是是电场能和磁能和磁场能的周期性能的周期性转换。小小结2024/9/2135a LCLC振振荡电路路产生振生振荡电流的物理原流的物理原因是因是电容器的充放容器的充放电作用和作用和线圈的自感作用圈的自感作用； LCLC振振荡电路路产生振生振荡电流的物理流的物理实质是是电场能和磁能和磁场能的周期性能的周期性转换。 在解决振在解决振荡电路路问题时, 电场能与磁能与磁场能的交替能的交替转化是解决化是解决问题的的线索和关索和关键; 与与电场能和磁能和磁场能相关的各量的能相关的各量的变化化规律是律是解决解决问题的依据的依据; q-t和和i-t图线及其相互及其相互转化化是解决是解决问题的直的直观手段手段.小小结2024/9/2136aD. D. 磁磁场能正在向能正在向电场能能转化化 1. 1. 某某时刻刻LCLC回路的状回路的状态如下如下图, , 那么此那么此时刻刻 ( ) ( )A. A. 振振荡电流流i i 正在减小正在减小B. B. 振振荡电流流i i 正在增大正在增大C. C. 电场能正在向磁能正在向磁场能能转化化 CL随堂随堂练习2024/9/2137aD. D. 磁磁场能正在向能正在向电场能能转化化 1. 1. 某某时刻刻LCLC回路的状回路的状态如下如下图, , 那么此那么此时刻刻 ( ) ( )A. A. 振振荡电流流i i 正在减小正在减小B. B. 振振荡电流流i i 正在增大正在增大C. C. 电场能正在向磁能正在向磁场能能转化化 CL由由电流方向流方向和和电容器上容器上电量可判断量可判断电路中正在路中正在充充电. .随堂随堂练习2024/9/2138aD. D. 磁磁场能正在向能正在向电场能能转化化 1. 1. 某某时刻刻LCLC回路的状回路的状态如下如下图, , 那么此那么此时刻刻 ( ) ( )A. A. 振振荡电流流i i 正在减小正在减小B. B. 振振荡电流流i i 正在增大正在增大C. C. 电场能正在向磁能正在向磁场能能转化化 CL由由电流方向流方向和和电容器上容器上电量可判断量可判断电路中正在路中正在充充电. .ADAD随堂随堂练习2024/9/2139a 2. LC 2. LC回路中回路中电容器两端的容器两端的电压随随时间变化的关系如下化的关系如下图, , 那么那么: ( ): ( )A. A. 在在时刻刻t t1 1, , 电路中的路中的电流最大流最大B. B. 在在时刻刻t t2 2, , 电路中的磁路中的磁场能最大能最大C. C. 在在时刻刻t t2 2至至t t3 3, , 电路中路中电场能不断增大能不断增大D. D. 在在时刻刻t t3 3至至t t4 4, , 电容的容的带电量不断增大量不断增大UOt1t2t3t4t2024/9/2140a 2. LC 2. LC回路中回路中电容器两端的容器两端的电压随随时间变化的关系如下化的关系如下图, , 那么那么: ( ): ( )A. A. 在在时刻刻t t1 1, , 电路中的路中的电流最大流最大B. B. 在在时刻刻t t2 2, , 电路中的磁路中的磁场能最大能最大C. C. 在在时刻刻t t2 2至至t t3 3, , 电路中路中电场能不断增大能不断增大D. D. 在在时刻刻t t3 3至至t t4 4, , 电容的容的带电量不断增大量不断增大UOt1t2t3t4tBCBC2024/9/2141a 3. 3. 如下如下图的的LC LC 振振荡电路正路正处在振在振荡过程中程中, , 某某时刻刻L L中的磁中的磁场和和C C中的中的电场如下如下图, , 可知可知 ( ( ) )A. A. 电容器中的容器中的电场强度正在增大度正在增大B. B. 线圈中磁感圈中磁感强度正在增大度正在增大C. C. 该时刻刻电容器容器带电量最多量最多D. D. 该时刻振刻振荡电流达最大流达最大值CL2024/9/2142a 3. 3. 如下如下图的的LC LC 振振荡电路正路正处在振在振荡过程中程中, , 某某时刻刻L L中的磁中的磁场和和C C中的中的电场如下如下图, , 可知可知 ( ( ) )A. A. 电容器中的容器中的电场强度正在增大度正在增大B. B. 线圈中磁感圈中磁感强度正在增大度正在增大C. C. 该时刻刻电容器容器带电量最多量最多D. D. 该时刻振刻振荡电流达最大流达最大值CLA A2024/9/2143a电磁振荡的周期和频率2024/9/2144a电磁磁振振荡与与简谐运运动有有很很多多相相似似之之处，它它们的的运运动都都有有周周期期性性，我我们知知道道自自由由振振动的的周周期期只只与与振振动系系统本本身身的的特特性性有有关关，那那么么电磁磁振振荡的的周周期期或或频率率是是由由什什么么因因素素决决定定的的呢呢？本本节我我们将将研研究究这个个问题2024/9/2145a一、一、电磁振磁振荡的周期和的周期和频率率 1 1周周期期和和频频率率：电电磁磁振振荡荡完完成成一一次次周周期期性性变变化化所所需需的的时时间间叫叫做做周周期期，一一秒秒钟钟内内完完成成周周期期变变化的次数叫做化的次数叫做频频率率 LCLC回回路路的的周周期期和和频频率率由由回回路路本本身身的的特特性性决决定定这这种种由由振振荡荡回回路路本本身身特特性性所所决决定定的的振振荡荡周周期期 或或频频率率 叫叫做做振振荡荡电电路路的的固固有有周周期期 或或固固有有频频率率 ，简简称称振振荡荡电电路路的的周周期期 或或频频率率 2 2在一个周期内，振在一个周期内，振荡电荡电流的方向改流的方向改变变两两次；次；电场电场能能 或磁或磁场场能能 完成两次周期性完成两次周期性变变化化2024/9/2146av大量大量实验说明：明：v1 1电容容增增大大时，周周期期变长频率率变低；低；v2 2电感感增增大大时，周周期期变长频率率变低；低；v3 3电压升升高高时，周周期期不不变频率率不不变v结果果说明明，LCLC回回路路的的周周期期和和频率率只只与与电容容C C和和自自感感L L有有关关，跟跟电容容器器的的带电多少和回路多少和回路电流大小无关流大小无关2024/9/2147av定性解定性解释：电容容越越大大，电容容器器容容纳电荷荷就就越越多多，充充电和和放放电所所需需的的时间就就越越长，因因此此周周期期越越长，频率率越越低低；自自感感越越大大，线圈圈阻阻碍碍电流流变化化的的作作用用就就越越大大，使使电流流的的变化化越越缓慢慢，因因此周期越此周期越长，频率越低率越低2024/9/2148aLCLC回路的周期和回路的周期和频率公式率公式 1 1式式中中各各物物理理量量T T、L L、C C、f f的的单位位分分别是是s s、H H、F F、HzHz2 2适适当当地地选择电容容器器和和线圈圈，可可使使振振荡电路物周期和路物周期和频率符合我率符合我们的需要的需要 2024/9/2149a例例： 对振振荡电路路，以以下下说法法正正确确的的选项是是 B B振振荡电路中，路中，电场能与磁能与磁场能的能的转化周期化周期为 A A振振荡电路中、路中、电容器充容器充电或放或放电一次所用的一次所用的时间为 C C振振荡过程中，程中，电容器极板容器极板间电场强度的度的变化化周期周期为 D D振振荡过程中，程中，线圈内磁感圈内磁感应强度的度的变化化周期周期为 2024/9/2150a解析：解析：在一个周期内，在一个周期内，电容器充容器充电、放、放电各两次，每次充各两次，每次充电或放或放电所用的所用的时间为振振荡周期的周期的1/4电场能与能与电场强度的方向无关，磁度的方向无关，磁场能与磁感能与磁感应强度的方向无关，因此度的方向无关，因此在在电磁振磁振荡的一个周期内各出的一个周期内各出现两次最大两次最大值，即，即电场能能或磁或磁场能的能的变化周期化周期为电场、磁、磁场、电荷的荷的变化周期跟化周期跟电流的流的变化周期相同均化周期相同均为所以，正确所以，正确选项为C CD D 2024/9/2151a小小结：vLCLC振振荡电路路中中电磁磁振振荡的的固固有有周周期期回路的周期回路的周期 固有固有频率率 2024/9/2152a