海大理学院教学裸件 大学物理学电子教案 电磁振荡与电磁波
大学物理学电子教案 海大理学院教学课件 电磁振荡与电磁波
第十六章 电磁振荡与电磁波 麦克斯韦：电磁场理论，证明电磁场以波的形式传播，波速为 光速。 赫兹：1888年用实验证明了电磁波的存在。 波波夫：1895年发明了无线电报接收机，1896年3月表演了距 离为250m的无线电报传送。 •马可尼：1897年第一次实现了9英里的无线电联系；1899年实 现了横跨英吉利海峡的无线电通讯；1901年完成了从法国穿越 大西洋到达加拿大的无线电通讯。1909年他获得了诺贝尔物理 学奖金。 内容：电磁振荡和电磁波的产生，电磁波的特性等
第十六章 电磁振荡与电磁波 •麦克斯韦：电磁场理论，证明电磁场以波的形式传播，波速为 光速。 •赫兹：1888年用实验证明了电磁波的存在。 •波波夫：1895年发明了无线电报接收机，1896年3月表演了距 离为250m的无线电报传送。 •马可尼：1897年第一次实现了9英里的无线电联系；1899年实 现了横跨英吉利海峡的无线电通讯；1901年完成了从法国穿越 大西洋到达加拿大的无线电通讯。1909年他获得了诺贝尔物理 学奖金。 内容：电磁振荡和电磁波的产生，电磁波的特性等
赫兹(Hertz.,H.R.,1857-1894) 德国物理学家 用实验证实了电磁波的存在，并确认了电磁 波是横波，具有与光类似的特性，并且实验 了两列电磁波的干涉，同时证实了在直线传 播时，电磁波的传播速度与光速相同，从而 验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。 1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。 赫兹的发现具有划时代的意义，它不仅证实 了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开创了 无线电电子技术的新纪元。 为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名 各种波动频率的单位，简称“赫
赫兹（Hertz, H. R. ,1857-1894） 德国物理学家 用实验证实了电磁波的存在，并确认了电磁 波是横波，具有与光类似的特性，并且实验 了两列电磁波的干涉，同时证实了在直线传 播时，电磁波的传播速度与光速相同，从而 验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。 1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。 赫兹的发现具有划时代的意义，它不仅证实 了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开创了 无线电电子技术的新纪元。 为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名 各种波动频率的单位，简称“赫
16-1电滋振荡 振荡电路 无阻尼自由电磁振荡 1、LC振荡电路 充电： 电容器C两极板间的电压：U。=ε 两极板上等量异号电荷：+2o、-Q0: 放电： 电路无电流，电场能量集中在 电容器两极板间
16－1 电磁振荡 一、振荡电路 无阻尼自由电磁振荡 1、LC振荡电路 充电： 电容器C两极板间的电压：U0=e 两极板上等量异号电荷：+Q0、-Q0； 放电： 电路无电流，电场能量集中在 电容器两极板间
线圈激起磁场，电路中电流逐渐增大，电 荷减小，放电终了，电容器电场能量全部 转化为磁场能量 对电容器反向充电，随着电流的减弱， 两极板上电荷逐渐增多，磁场能量又全 部转化为电场能量 电客器放电，电场能量又转化为磁场能量 演示1 演示2
线圈激起磁场，电路中电流逐渐增大，电 荷减小，放电终了，电容器电场能量全部 转化为磁场能量 对电容器反向充电，随着电流的减弱， 两极板上电荷逐渐增多，磁场能量又全 部转化为电场能量 电客器放电，电场能量又转化为磁场能量 演示1 演示2
2、几个基本概念 电磁振荡： 电荷和电流、电场和磁场随时间作周期性变化的现象。 振荡电路： 产生电磁振荡的电路。 无阻尼自由振荡电路： 电路中没有任何能量耗散（转换为焦耳热、电磁辐射等）， 称为无阻尼自由振荡电路。 振荡方程： 振荡电路所遵循的欧姆定律
2、几个基本概念 电磁振荡： 电荷和电流、电场和磁场随时间作周期性变化的现象。 振荡电路： 产生电磁振荡的电路。 无阻尼自由振荡电路： 电路中没有任何能量耗散(转换为焦耳热、电磁辐射等)， 称为无阻尼自由振荡电路。 振荡方程： 振荡电路所遵循的欧姆定律
二、无阻尼电磁振荡的振荡方程 1、电量 设某时刻电路中电流为，则自感电动势 di q i= dq dt dq dt2 q=Qcos(@t+p) LC V 2m2π√LC dq+o'q-0 T==2r√LC
二、无阻尼电磁振荡的振荡方程 1、电量 设某时刻电路中电流为i，则自感电动势 C q dt di －L = dt dq i = q dt LC d q 1 2 2 = − LC 2 1 = 0 2 2 2 ＋ q＝ dt d q q = Q cos( t +) 0 LC 2 1 2 = = T LC 2 1 = =
2、电流 把电量对时间求导 i-M--0Q,sinl@t+o) dt L0=020 --Isin+p)-lco 3、说 •电量与电流都作周期性变 化，电流相位比电量的相 位超前 LC振荡电路的频率是由振荡电路 本身的性质决定的 ·改变电感L或电容C就可以得到所 需的频率
2、电流 把电量对时间求导 = = − Q ( t +) dt dq i 0 sin 0 Q0 I = ( ) = − + = + + 2 sin cos 0 0 i I t I t 3、说明 •电量与电流都作周期性变 化，电流相位比电量的相 位超前 •LC振荡电路的频率是由振荡电路 本身的性质决定的 •改变电感L或电容C就可以得到所 需的频率
三、无阻尼自由振荡的能量 1、电场能量 。=4=gcos@7+o C-2 2、磁场能量 Er=uismo+)gnlor+p) 3、总能量 E=E+E== 2C ·电场能量与磁场能量互相转化，但总能量保持不变。 无阻尼自由电磁振荡是理想化的模型，它要求： •电阻为零，不因为产生的焦耳热而损失电磁能； •不存在电动势，没有其他的能量转化为电磁能： ·电磁还不能以电磁波的形式辐射出去
三、无阻尼自由振荡的能量 1、电场能量 = = ( t +) C Q C q Ee cos 2 2 2 2 0 2 2、磁场能量 = = ( +) = ( t +) C Q E LI LI t m sin 2 sin 2 1 2 1 2 2 2 2 0 0 2 3、总能量 C Q E E E LI m e 2 2 1 2 2 0 = + = 0 = •电场能量与磁场能量互相转化，但总能量保持不变。 •无阻尼自由电磁振荡是理想化的模型，它要求： •电阻为零，不因为产生的焦耳热而损失电磁能； •不存在电动势，没有其他的能量转化为电磁能； •电磁还不能以电磁波的形式辐射出去
例题：已知LC电路中的电场能量与磁场能量之和为一常量， 试由此导出LC电路的振荡方程。 证：电场能量 E。=5CU2 2 磁场能量 Em=LI 2 E=E。+Em= ICU+L=const 1 将上式对求导，得 +LI=0 dt dt q=CU,I= dt dt d'U -U=0 dⅢ -c dt dr d0 41 d'U =0 2 2=0 IU+LIC
例题：已知LC电路中的电场能量与磁场能量之和为一常量， 试由此导出LC电路的振荡方程。 证：电场能量 2 2 1 Ee = CU 磁场能量 2 2 1 E LI m = E E E CU LI const = e + m = + = 2 2 2 1 2 1 将上式对t求导，得 + = 0 dt dI LI dt dU CU dt dU C dt dq q = CU，I = = 2 2 dt d U C dt dI = 0 2 2 + = dt d U IU LIC 0 1 2 2 U = dt LC d U ＋ 0 1 2 2 Q = dt LC d Q ＋