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《電磁振蕩》教學

 新用戶65120Joi 2022-06-20 發(fā)布于山西

有點時間沒趕正課了,來一篇吧。

章首語,越看越有味道。麥克斯韋方程組高中階段不學,麥克斯韋通過理論上計算電磁波的速度,完成了電、磁、光三個分支的統(tǒng)一。

一.電磁振蕩的產(chǎn)生

機械波和電磁波進行類比,電磁波的振源如何來弄?

機械波的形成:有振源(波源),有傳播介質(zhì)。必選1中學習機械波。

電磁波的形成:需要有周期性變化的電場或磁場。

周期性變化的磁場需要有周期性變化的電流。前面所學的交變電流就是周期性變化的電流,但要形成電磁波,依靠線圈轉(zhuǎn)動形成的交變電流頻率太低,無法實用。實際應用的電磁波,需要高頻的“交流電”。如何來實現(xiàn)高頻呢?教材上直接給出—振蕩電路。(實際中這種電路發(fā)射電磁波的效率極差,無法實用)

理論上要證明這種電路中的電流頻率比較大需要用到微分方程,高中階段暫不提及,列一下直接給解還是可以的,解是正弦函數(shù)。

還是交變電流的樣子,不過頻率和發(fā)電機產(chǎn)生交流電的頻率無法同日而語。

二.振蕩電路分析

給電容器充電后,分析電容器和電感線圈對電流的作用。電感線圈的特點是一直想保持電流不變,電容器是能充放電。

理論上理想化的分析,電容器和電感線圈組成一個回路。電容器上充滿電后,有線圈和無線圈的放電是截然不同的。必須對比體會。

無線圈時,電容器放電一放就完。有線圈時,來來去去放了好一段時間,這是分析的重點。

先給電容器充滿,剛開始放,無線圈剛開始時電流最大,有線圈時,由于線圈的自感作用,還有保持回路電流為零的電磁慣性,電場能最大,磁場能最小;電流逐漸增大,電容器放電完畢時,線圈中電流最大,電場能最小,磁場能最大;線圈中電流最大時,接著給電容器反向充電,電場能增大,磁場能減小;循環(huán)往復,電容器中的電場強度周期性變化,線圈中的磁感應強度周期性變化,形成了電磁波。

因為回路中的電阻、電磁波還有輻射,不可避免地存在損失,實際中需要周期性地補充能量才能實用。

三.電磁振蕩的頻率和周期

定性分析電容和電感對周期的影響,即完成一個充放電循環(huán)過程所用的時間。理論分析就是解微分方程。

依據(jù)還是轉(zhuǎn)一圈電勢差為零。

和簡諧振動一樣的數(shù)學微分方程,通解就是這個形式,物理上的周期問題,和數(shù)學能扯上關(guān)系的也就是正弦函數(shù)了。

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