電磁振蕩的產生:
1、大小和方向都做周期性迅速變化的電流叫做振蕩電流,產生振蕩電流的電路叫做振蕩電路。最簡單的振蕩電路是由電感線圈和電容器組成的,簡稱LC回路。LC回路中產生振蕩電流是由于電容器不斷充電和放電,該振蕩電流是按正弦規律變化的。
2、LC電路中電磁振蕩的產生過程
①放電過程:在放電過程中,q↓、u↓、E電場能↓→i↑、B↑、E磁場能↑,電容器的電場能逐漸轉變成線圈的磁場能。由于線圈的自感作用,電流i是按正弦規律逐漸增大的,電流不會立刻達到最大值。放電結束時,q=0,E電場能=0,i最大,E磁場能最大,電場能完全轉化成磁場能。
②充電過程:放電結束時,由于L的自感作用,電路中移動的電荷不會立即停止運動,仍保持原方向流動。在充電過程中,q↑、u↑、E電場能↑→I↓、B↓、E磁場能↓,線圈的磁場能向電容器的電場能轉化。充電結束時,q、E電場能增為最大,i、E磁場能均減小到零,磁場能向電場能轉化結束。
③反向放電過程:q↓、u↓、E電場能↓→i↑、B↑、E磁場能↑,電容器的電場能轉化為線圈的磁場能。放電結束時,q=0,E電場能=0,i最大,E磁場能最大,電場能向磁場能轉化結束。
④反向充電過程:q↑、u↑、E電場能↑→i↓、B↓、E磁場能↓,線圈的磁場能向電容器的電場能轉化。充電結束時,q、E電場能增為最大,i、E磁場能均減小到零,磁場能向電場能轉化結束。
在理想情況下將如此循環下去,一個周期性變化的示意圖如圖所示。
3、無阻尼振蕩和阻尼振蕩
①無阻尼振蕩:振蕩電路中,若沒有能量損耗,則振蕩電流的振幅將不變,叫做無阻尼振蕩(或等幅振蕩),如圖甲所示。
②阻尼振蕩:任何振蕩電路中,總存在能量損耗,使振蕩電流的振幅逐漸減少,叫做阻尼振蕩(或減幅振蕩),如圖乙所示。
LC回路中產生振蕩電流的分析方法:
(1)在分析,LC四路中振蕩電流的產生過程時,要明確電容C和電感L在電路中的作用。電容器在電路中有充電和放電的作用,電感線圈在電路中有阻礙電流變化的作用。電感線圈中的自感電動勢的大小和電流的變化率成正比,方向總是阻礙電流的變化。
(2)電路中電流變化的規律電容器在放電過程中,電路中電流增大,由于線圈的阻礙作用,電流只能按正弦規律變化。電容器開始放電時,電流的變化率最大,電流卻為零;電容器放電結束后,電流將保持原來的方向減小,由于線圈的阻礙作用,不可能迅速減為零,只能按正弦規律逐漸減小到零。
振蕩電流由極板上電荷量的變化率決定,與電荷量的多少無關。兩極板間的電壓
由極板上電荷量的多少決定(電容C恒定),與電荷量的變化率無關。線圈中的自感電動勢
由電路中電流的變化率決定,而與電流大小無關。
(3)LC回路中電場能與磁場能的分析電磁振蕩的過程,實質上是電場能和磁場能相互轉化的過程。LC回路中的電場能和磁場能做周期性變化,但是它們的變化周期是電磁振蕩周期的一半。這是因為電場能和磁場能都是標量,只有大小在做周期性變化,而回路中的電流、電場強度、磁感應強度的方向和電容器極板上電荷的性質在電磁振蕩的一個周期內均改變兩次。
(4)各物理量變化情況的分析思路首先需要由題意分析該時刻是處于充電階段還是處于放電階段,一種常見的情形是根據電容器所帶電荷的電性與電路中電流的方向來判定,其次由充電階段或放電階段判定電荷量q的變化,最后再由各物理量間的同步同變關系或同步異變關系來判定其他量的變化情況。
(5)振蕩周期與頻率的分析方法電磁振蕩中,固有周期與固有頻率只取決于回路本身,與q、i、U、E等無關。因此分析周期或頻率變化情況時,只需分析其決定因素的變化。在LC振蕩回路中,而
取決于線圈的匝數、長度、橫截面積、有無鐵芯等。
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