【精品】高二物理 （人教大纲版）第二册 第十八章 电磁和电磁波 一、电磁振荡(备课资料)VIP专享VIP免费

●备课资料一、电磁振荡的产生教材中演示的LC回路中能产生阻尼振荡的必要条件是电路中的电阻R＜2，所以应采用粗导线在铁芯上绕制自感系数相当大的线圈，电容却不可过大.当用指针式电表显示振荡电流时，为了便于观察，振荡的周期应不小于0.5s，且持续振荡的时间要长些，使能观察到3~5个周期，为此，应使线圈的自感系数尽量大些，电容也适当大些，线圈和电表的电阻要尽量小，才能使指针的运动和振荡电流的变化接近同步.为了避免在振荡电流消失后，指针系统由于自身惯性仍来回振动造成假象.应当给电表并联一个阻值适当的阻尼电阻，当电流消失后指针能直接回到平衡位置.用示波器代替指针式电表能直接显示振荡的图像，并且因为示波管中电子的惯性极小，可以显示高频率的振荡电流，从而避免使用大电感演示.二、LC振荡电路与麦克斯韦电磁场理论之间的历史关系电磁振荡和电磁场是高中物理电磁学部分非常重要的内容，学生在学习振荡电路时普遍反映有困难，但将电磁场一节的内容调换到电磁振荡一节的前面讲解后，发现学生对电磁振荡现象的理解就要容易得多.但无论新教材还是旧教材，电磁振荡都是放在电磁场前面讲解的.那么在物理学发展史上电磁振荡电路和电磁场理论孰先孰后？它们之间又有怎样的本质联系？本文就这两个问题分别进行简单的探讨.1.电磁振荡电路和电磁场理论孰先孰后为了回答这个问题我们必须回顾一下电磁学发展的主要历程.从英国的吉尔伯特（1544~1603）开始对电和磁现象进行系统的研究，到1865年麦克斯韦全面总结电磁学研究的全部成果，建立电磁场方程，电磁学的发展共经历了近300年的时间，这期间奥斯特、安培和法拉第等人的工作无疑是最重要的.1820年，丹麦奥斯特公布了电流磁效应，揭示出电与磁的内在联系.1821年，法拉第提出“以磁生电”的设想.1822年，法国安培给出电流产生磁场的基本定律.1831年，英国法拉第和美国亨利各自独立地发现了电磁感应现象.1851年，法拉第在《论磁力线》中指出磁感线是真实存在的实体，是场的表象.1852年，法拉第发表《论磁力线的物理特征》和《论磁物理线》.认为物体相互联系的桥梁是力线的振动，这是关于电磁波的最原始的设想.1853年，开尔文勋爵发表《瞬变电流》，用数学公式定量描述了莱顿瓶的振荡放电现象，推导出振荡频率的计算公式.1853年，英国汤姆逊计算了电容器放电的振荡特性.1860年，彼佐尔德发现了电路的放电振荡.为无线电波的发送和接收开拓了道路.1861年，麦克斯韦计算出电磁波传播速度与光速相同.1862年，麦克斯韦发表《论物理学的力线》.引进了位移电流的概念，推导出两个高度抽象的麦克斯韦方程.1864年，麦克斯韦在《电磁场的一个动力学理论》一文中推导出电磁场方程组.从上面的历史回顾中可以看到，电磁振荡现象在麦克斯韦总结出电磁场方程之前就由开尔文勋爵、汤姆逊、彼佐尔德等人进行了系统的研究.结论是电磁振荡电路在电磁场理论之前就出现了.2.振荡电路与电磁场理论的本质联系在稳恒条件下，安培总结出了电流与它周围磁场强度之间的关系，即安培环路定理：磁场强度H沿任意闭合环路L的线积分（环流）等于穿过这个环路的电流.式中j为传导电流密度，I是穿过以闭合曲线L为边线的任意曲面的传导电流（电流密度通量）.这个定理在稳恒电路中无疑是完全成立的.但是将安培环路定理应用在含有电容器的交变电流电路，如RLC谐振电路或简单的LC振荡电路中时出现的矛盾.如图，对以L为边线的曲面S1有：麦克斯韦正是为了解决这一矛盾在《论物理学的力线》的第三部分，引进了“位移电流”的概念.他指出：“虽然电流通不过介质，但是电的效应可以通过介质传播.”他肯定在变化电场的作用下，电介质中也会有一种能够产生磁效应的特殊的“电流”.他写道：“作用在电介质上的电动力使它的组成部分产生一种极化状态，…在受到感应的电介质中，可以想象每个分子中的电是这样移动的，使得一端为正，另一端为负，但是这些电仍然完全同分子联系在一起，而不从一个分子跑到另一个分子上去.这种作用对于整个电介质的影响是引起电在一定方向上的一个总位移.这一位移并不构成电流，因为当它达到某一定值时就保持不变了.不过当电场不断变化时，随着电...