4.1电磁振荡 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理导学案围绕电磁振荡展开，引导学生了解LC振荡电路的构成及电磁振荡的产生，通过机械振动类比导入，联系电容电感基础知识，构建从现象到能量转化规律再到周期频率公式的学习支架。 资料结合储罐液面测量、收音机频率调节等实际问题设计小组讨论与分层练习，通过i-t/q-t图像分析培养科学思维中的模型建构能力，借助例题与变式训练深化能量观念，助力学生自主探究，提升物理核心素养。

第四章 电磁振荡与电磁波 1 电磁振荡 【课标要求】通过实验，了解电磁振荡。 【学习目标】 1．了解电磁振荡的产生。 2．掌握电磁振荡中的能量变化。 3．了解电磁振荡的周期、频率和电容电感之间关系。 【学习重难点】 重点：电磁振荡过程中各物理量的变化规律及各物理量变化之间的关系。 难点：电容、电感线圈在振荡过程中的作用。 课本导学 预备知识 一、振荡电路 _____________________________________________________________ 二、电磁振荡 _____________________________________________________________ 1．一个 LC 电路产生电磁振荡。以横坐标轴表示时间，纵坐标轴既表示电流又表示电压，在同一坐标系内画出的该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的 i−t 图像和 u−t 图像。在图像中的一周期内，哪段时间电场能在增大？电场能最大时电流和电压的大小有什么特点？哪段时间磁场能在增大，磁场能最大时电流和电压的大小有什么特点？ 2．某收音机中的LC电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生535kHz到1605 kHz的电磁振荡。可调电容器的最大电容和最小电容之比是多少？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示。 1．为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中，电容C可通过开关S与电感L或电源相连，如图所示。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流。现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，平行板电容器的电容与两极板间是否有电介质存在着确定的关系，当两极板间充入电介质时，电容增大。问：当储罐内的液面高度降低时，所测得的回路振荡电流的频率如何变化？ 2．如图所示，i—t图像表示LC振荡电流随时间变化的图像，在t＝0时刻，电路中电容器的M板带正电，在某段时间里，电路的磁场能在减少，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中 段。 点评点拨 一、电磁振荡的产生 思维探究 水波是由机械振动形成的．一颗石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面．电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流．怎样才能产生这样的电流呢？ LC振荡电路 由电感线圈乙和电容C组成的电路叫做LC振荡电路，如图所示，当开关置于线圈一侧时组成的电路即为最简单的LC振荡电路．LC振荡电路产生的振荡电流按正弦规律变化 振荡电流、电容器极板上电荷量随时间的变化图像 i-t 图像中是以顺时针方向为电流正方向，q-t图像的纵轴代表电容器上极板所带电荷量． 电磁振荡 振荡电路中的电流与电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B都在周期性变化的现象叫电磁振荡，在电磁振荡过程中，电场能和磁场能同时发生周期性变化． 例1． 第五代移动通信系统(5G)将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合起来，能为客户提供各种通信及信息服务。关于电磁场和电磁波，下列叙述正确的是(　　) A．客户通话时，手机将声音信号转变成电信号，再经过调谐后，把信号发送到基站中转 B．如果空间某区域有振荡的电场和振荡的磁场，就能产生电磁波 C．电磁波是纵波，不能产生偏振现象 D．电磁波和机械波都不能在真空中传播 二、电磁振荡中的能量变化 思维探究 电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同，但它们还是具有一些共同的特点．在机械振动中，例如在单摆的振动中，位移x、速度v、加速度a 这几个物理量周期性地变化．在电磁振荡中，电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量也在周期性地变化． 在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化．那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的？ 振荡规律分析 1．两个物理过程： （1）放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板． （2）充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板． 2．两个特殊状态： （1）充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小（为零）． （2）放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小（为零）． 电磁阻尼 1．无阻尼振荡（或等幅振荡）：振荡电路中，若没有能量损失，则振荡电流的振幅（i）不变，如甲图所示． 2．阻尼振荡（或减幅振荡）：任何振荡电路中，总存在能量损失使振荡电流i的振幅逐渐减小，如乙图所示． 3．如果周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡：这种现象类似于受迫振动． 例2． 在LC振荡电路中，某时刻线圈中的磁场和电容器中的电场如图所示，则此时刻（ ） A．电容器正在放电 B．振荡电流正在减小 C．线圈中的磁场最强 D．磁场能正在向电场能转化 变式训练1． 无线话筒是一个将声信号转化为电信号并将信号发射出去的装置，其内部电路中有一部分是LC振荡电路，若话筒使用时，某时刻话筒中LC振荡电路的磁场方向如图所示，且电流正在减小，则电容器正在_____（填“充电”或“放电”），电容器下板带_____（填“正电”或“负电”），电场能正在____（填“增加”或“减少”）． 变式训练2． 某时刻LC振荡电路的自感线圈L中的电流产生的磁场的磁感应强度方向及电容器极板的带电情况如图所示．下列说法正确的是（ ） A．电容器正在充电 B．线圈中的电流正在增大 C．电容器两极板间的电场强度正在增大 D．线圈中磁场的磁感应强度正在增大 三、电磁振荡的周期和频率 思维探究 如图所示的电路。 (1)如果仅将线圈更换为自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关S掷向2，电容器通过线圈放电，线圈的“阻碍”作用是否也更大？电容器的充放电时间会长些还是短些？ (2)如果仅将电容器更换为电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关S掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？ 周期与频率 1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期 2．频率：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比叫做它的频率，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数． 3．如果没有能量损耗，也不受其他外界条件影响，这时振荡电路的周期和频率分别叫做固有周期、固有频率． 周期和频率公式 ， 式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz． 例3． 如图所示，L为电阻不计的自感线圈，已知LC振荡电路的周期为T，开关S原来合上一段时间，现将S断开后开始计时，当t＝ T时，线圈内磁感应强度的方向和电容器两极板间电场方向分别为（ ） A．向下，向上 B．向下，向下 C．向上，向上 D．向上，向下 变式训练1． 一LC振荡电路如图所示，关于该电路产生的电磁振荡，下列说法正确的是（ ） A．在电磁振荡中，电荷、电流以及与之相联系的电场和磁场均周期性地变化 B．在振荡电路中，电场能最大时电流最大 C．没有能量损失、振荡永远持续下去的现象叫阻尼振荡 D．振荡电路中能量逐渐损耗，振荡电流振幅逐渐减小，直至停止的振荡现象叫无阻尼振荡 变式训练2． LC振荡电路既可产生特定频率的信号，也可从复杂的信号中分离出特定频率的信号，是许多电子设备中的关键部件。如图甲所示，规定回路中顺时针方向的电流为正，电流i随时间t变化的规律如图乙所示，则（ ） A． 时刻，电容器中电场能最大 B．在 时间内，电容器正在充电 C． 时刻，电容器中电场最强且方向向上 D．在 时间内，振荡电路中磁场能正在向电场能转化 思路总结： （1）影响电感线圈自感系数L大小的因素：线圈的形状、大小、匝数以及有无铁芯； （2）影响电容器电容大小的因素：两极板的正对面积S、两极板间电介质的相对介电常数 ，以及两板间距d．由平行板电容器的电容 C= ，不难判断 、S、d变化时，电容C的变化。 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 （1）要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的电路实现。（ ） （2）LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大。（ ） （3）LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷量一定减少。（ ） （4）振荡电路中，电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B都在周期性地变化。（ ） 【参考答案】 课本导学 预备知识 【答案】 一、电路的电压发生周期性的变化，电路中的电流也发生周期性的变化．像这样大小和方向都做周期性迅速变化的电流， 叫做振荡电流，产生振荡电流的电路叫做振荡电路． 二、电路中的电流、电容器极板上的电荷量 、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度 ，都在周期性地变化着．这种现象就是电磁振荡． 1．【答案】见详解 2．【答案】 展示讨论 1．【答案】频率增大 2．【答案】cd 点评点拨 一、电磁振荡的产生 【答案】 要产生持续变化的电流由两种一种是交流发电机，和电容器的充放电的过程。 例1．【答案】B 二、电磁振荡中的能量变化 【答案】 电场能和磁场能在储能元件中不断转换。 例2．【答案】A 变式训练1．【答案】充电；正电；增加 变式训练2．【答案】AC 三、电磁振荡的周期和频率 【答案】 (1)“阻碍”作用更大 时间变长。 (2)带电荷量增大 放电时间变长。 例3．【答案】D 变式训练1．【答案】A 变式训练2．【答案】B 小结小测 二、课堂小测 【答案】 √ × √ × 学科网（北京）股份有限公司 $