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4第十四章电磁波和相对论简介一、电磁振荡211.振荡电路:大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流,能够产生振荡电流的电路叫振荡电路,LC回路是一种简单的振荡电路。2.LC回路的电磁振荡过程:可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律,如图所示3.LC回路的振荡周期和频率注意:(1)LC回路的T、f只与电路本身性质L、C有关(2)电磁振荡的周期很小,频率很高,这是振荡电流与普通交变电流的区别。4、分析电磁振荡要掌握以下三个要点(突出能量守恒的观点):⑴理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中的总和不变。⑵回路中电流越大时,L中的磁场能越大(磁通量越大)。⑶极板上电荷量越大时,C中电场能越大(板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大)。4、LC回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数。5、注意特殊点和过程iqttoo放电充电放电充电a.充电完毕和放电完毕时的特点b.充电过程和放电过程的特点c.电场能和磁场能的转化的临界状态d.电流在什么时候方向改变aKbC1L1L2C2K【例1】右边两图中电容器的电容都是C=4×10-6F,电感都是L=9×10-4H,左图中电键K先接a,充电结束后将K扳到b;右图中电键K先闭合,稳定后断开。两图中LC回路开始电磁振荡t=3.14×10-4s时刻,C1的上极板正在____电(充电还是放电),带_____电(正电还是负电);L2中的电流方向向____(左还是右),磁场能正在_____(增大还是减小)。q,iOt5T/6解:先由公式求出=1.2π×10-4s,t=3.14×10-4s时刻是开始振荡后的。再看与左图对应的q-t图象(以上极板带正电为正)和与右图对应的i-t图象(以LC回路中有逆时针方向电流为正),图象都为余弦函数图象。在时刻,从左图对应的q-t图象看出,上极板正在充正电;从右图对应的i-t图象看出,L2中的电流向左,正在增大,所以磁场能正在增大。二、电磁场和电磁波1.麦克斯韦的电磁场理论(1)变化的磁场(电场)能够在周围空间产生电场(磁场);(2)均匀变化的磁场(电场)能够在周围空间产生稳定的电场(磁场);(3)振荡的磁场(电场)能够在周围空间产生同频率的振荡电场(磁场);可以证明:振荡电场产生同频率的振荡磁场;振荡磁场产生同频率的振荡电场。点评:变化的磁场在周围激发的电场为涡旋电场,涡旋电场与静电场一样,对电荷有力的作用,但涡旋电场又于静电场不同,它不是静电荷产生的,它的电场线是闭合的,在涡旋电场中移动电荷时,电场力做的功与路径有关,因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。另外要用联系的观点认识规律,变化的磁场产生电场是电磁感应的本质。v0B【例2】右图中,内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于环口径的带正电的小球,正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场,设小球运动过程中的电量不变,那么(CD)A.小球对玻璃环的压力不断增大B.小球受到的磁场力不断增大C.小球先沿逆时针方向做减速运动,过一段时间后,沿顺时针方向做加速运动D.磁场力一直对小球不做功分析:因为玻璃环所处有均匀变化的磁场,在周围产生稳定的涡旋电场,对带正电的小球做功,由楞次定律,判断电场方向为顺时针,在电场力的作用下,小球先沿逆时针方向做减速运动,过一段时间后,沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力:环的弹力N和磁场的洛仑兹力f,而且两个力的矢量和始终提供向心力,考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化,弹力和洛仑兹力不一定始终在增大。洛仑兹力始终和运动方向垂直,所以磁场力不做功。正确为CD。2.电磁场:按麦克斯韦的电磁场理论,变化电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分离的统一场,称为电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。理解电磁场是统一的整体:根据麦克斯韦电磁场理论的两个要点:在变化的磁场的周围空间将产生涡漩电场,在变化的电场的周围空间将产生涡漩磁场.当变化的电场增强时,磁感线沿某一方向旋转,则在磁场减弱时,磁感线将沿相反方向旋转,如果电场不改变是静止的,则就不产生磁场.同理,减弱或增强的电场周围也将产生不同旋转方向的磁场.因此,变化的电场在其周围产生磁场,变化的磁场在其周围产生电场,一种场的突然减弱,导致另一种场的产生.这样,周期性变化的电场、磁场相互激发,形成的电磁场链一环套一环,如下图所示.需要注意的是,这里的电场和磁场必须是变化的,形成的电磁场链环不可能是静止的,这种电磁场是无源场(即:不是由电荷激发的电场,也不是由运动电荷-电流激发的磁场.),并非简单地将电场、磁场相加,而是相互联系、不可分割的统一整体.在电磁场示意图中,电场E矢量和磁场B矢量,在空
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