1、高考资源网（） 您身边的高考专家备课资料一、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R2，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0.5 s，且持续振荡的时间要长些，使能观察到35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
2、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
3、吉尔伯特（15441603）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
4、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
5、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
6、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，随着电位移的增大或减少，就会形成一种沿着正方向或负方向的电流.”麦克斯韦就是这样表述了位移电流的概念.所以位移电流出现在任何电场强度有变化的电介质中.
7、这样在导体中有传导电流，在电容器内有位移电流，传导电流与位移电流一起，保证了电流的连续性，并且位移电流和传导电流一样地在它的周围产生磁场.麦克斯韦引入的位移电流密度就是, 其中D=0E+P是电位移矢量，P为介质中的极化强度，位移电流密度和传导电流密度是平等的，则安培环路定理变为：上式说明位移电流与传导电流按相同的规律激发电场，或者说位移电流与传导电流在激发磁场方面是等效的.这样在安培环路定理中的电流密度中引入位移电流密度时上述矛盾就不复存在了.1873年，麦克斯韦在他的电学和磁学通论这部经典著作中，叙述了引入位移电流概念的思想过程.他在该书的第607条中作出这一评述：“只有很少的实验证明介质中
8、位移电流的改变与电流的电磁作用相联系.但是协调电磁定律与不闭合电流存在的极大困难使我们必须接受瞬变电流的存在是由于位移变化产生的.这是许多理由中的一个理由.”真空中没有电荷的移动，既没有传导电流，也没有电介质的极化，位移电流密度变为 “纯粹的”位移电流，与电荷的移动无关，它本质上是变化着的电场.则安培环路定理的形式变为：上式揭示了一个新的物理规律：变化着的电场激发涡旋磁场.3.结论通过上述讨论，结论是：（1）历史上振荡电路的确是在电磁场理论之前出现的.（2）含电容电路中电流的不连续使麦克斯韦引入了位移电流，位移电流与传导电流一样激发磁场.真空中位移电流变化的电场的存在揭示了电磁场理论的核心：变
9、化着的电场激发涡旋磁场.这就是含有电容电路与电磁场理论的历史联系.LC振荡电路是电磁振荡电路中一种最简单的形式，高中物理教材中仅讲解LC振荡电路是出于降低难度的考虑，而把LC振荡电路安排在电磁场理论之前讲解是符合历史事实和思维发展规律的.三、干扰通信的日凌现代通信技术有着日新月异的发展.在不久的将来，人们会消灭山区、高原这样的通信死角.卫星是实现这种远距离通信必不可少的桥梁.但是远距离通信也会受到各种因素的干扰.其中由太阳辐射引起的卫星通信中断或干扰，就称为“日凌”.现代生活对通信的依赖，就好比人依赖眼睛和耳朵一样，如果突然失明或失聪，会造成巨大的不可弥补的损失.“日凌”现象造成的通信中断哪怕
10、是短暂的，也会对整个社会影响强烈.那么，太阳辐射是怎么干扰远程通信的呢？在远距离通信的卫星中，有一种静止轨道通信卫星，所谓静止就是它位于赤道上空某一相对固定的地方，它的运转与地球自转同步.中国发射的“中星六号”静止轨道通信卫星，是负责中国地区远距离通信的重要卫星.这颗卫星发送的无线电波信号是被全国地面接收站接收的.这就是说：只要是在这颗同步卫星覆盖的面积内，当你向卫星发出通信信号，这个无线电波信号就会立即通过卫星传送到您所需要的任何地方.和同步卫星信号相比，太阳的辐射波幅范围很广.太阳辐射除了包括我们肉眼能够分辨的可见光以外，还包括了无线电长波、无线电短波、微波等不可见的射线.无论卫星选用哪一
11、个波段，都在太阳很宽的辐射范围X内，而卫星信号相对很弱，其强度只有太阳辐射的百万分之一.在一般情况下，太阳的辐射并不影响同步卫星与地球之间的通信.但是如果太阳、同步卫星与地面接收天线形成一条直线，相对较弱的卫星信号在强大的太阳电磁波的覆盖下，通信信号很容易就此中断，这时就产生了“日凌”现象.在远距离通信发展初期，美国一位年轻的无线电工程师詹斯基发现外层空间的射电波可以干扰无线电通信.也就是说，在当时太阳对远距离通信的干扰比较弱，而宇宙星云的干扰相对较强.后来人们进一步研究发现，在詹斯基所处的时代，太阳正处于活动极小期，所以它对地球的干扰就弱；而太阳处于活动旺盛期时，日凌现象也就较强.所以在观察
12、日凌现象的同时，人们也反过来研究太阳的活动规律，甚至太阳系以外的宇宙星云.现在发现，地球上任何一个地面接收天线，每年都会两次定期出现日凌.因为太阳、卫星和地球的位置在不断的有规律地变化着.某一个地区日凌出现的规律就和季节的出现一样有其规律性，纬度越高离赤道越远的地方，一年中两次出现日凌的间隔就越长.但日凌出现的时间都是几分钟.在赤道上的地区两次日凌的间隔就非常短.由于中国处在北半球，日凌一般就会在秋分和春分之间发生两次.今天，虽然因为技术发展的原因还无法消除日凌现象对远距离通信的影响，但人们可以准确推算出某个卫星在某个时间将会发生日凌，那么人们就可以提前使用在另一地方未发生“日凌”现象的另外一颗卫星，从而保证卫星通信的持续进行.这样人们利用自己的智慧，就巧妙地解决了日凌现象给远距离通信带来的难题.- 4 - 版权所有高考资源网