第4章 1 电磁振荡（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）江苏专版

本高中物理讲义聚焦电磁振荡核心知识点，系统梳理LC振荡电路与振荡电流的概念，深入分析放电充电过程中电场能与磁场能的转化规律，推导电磁振荡周期与频率公式，构建“概念-过程-规律-应用”的完整学习支架。 资料通过问题链引导学生探究振荡过程（科学探究），对比电磁振荡与单摆能量转化构建模型（科学思维），结合图像例题强化能量观念（物理观念）。课中助力教师引导学生深化理解，课后练习题帮助学生巩固应用，有效查漏补缺。

1　电磁振荡 [学业要求] 1．知道什么是LC振荡电路和振荡电流。 2．知道LC回路中振荡电流的产生过程，知道电磁振荡过程中能量转化情况。 3．知道电磁振荡的周期与频率，会求LC电路的周期与频率。 一、电场振荡的产生 阅读教材，并回答： 根据教材图4.1­2分析 (1)电容刚开始正向放电时，电容所带电荷量Q是怎样的？电路中是否存在电流？ (2)电容正向放电过程中，电流的方向是怎样的？振荡电路中电感会发生自感现象，自感作用是什么？电流大小是如何变化的？电容所带电荷量如何变化？ (3)电容所带电量Q为多少时，标志电容正向放电完毕，电流是怎样的？ (4)放电过程结束后，电流会从最大值直接变为零吗？ (5)自感线圈给电容器反向充电的过程中，电路中的电流，电容所带电荷量是如何变化的？ 答：(1)(2)(3)(4)(5)见教材 [概念·规律] 1．振荡电流：大小和方向都做__周期性__迅速变化的电流。 2．振荡电路：产生__振荡电流__的电路。 3．LC振荡电路的放电、充电过程 (1)电容器放电：线圈有__自感__作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电荷逐渐__减少__，放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到__最大值__。该过程电容器的__电场能__全部转化为线圈的__磁场能__。 (2)电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有__自感__作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始__反向充电__，极板上的电荷逐渐__增加__，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到__最大__。该过程中线圈的__磁场能__又全部转化为电容器的__电场能__。 (3)实际的LC振荡是阻尼振荡。电路中有电阻，振荡电流通过时会有热量产生，另外还会有一部分能量以__电磁波__的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。 二、电磁振荡中的能量变化 阅读教材，并回答： 1．根据教材图4.1­2分析电磁振荡过程与单摆振动过程中能量转化的相似性。 答：略 2．尝试画出电磁振荡过程中电场能和磁场能的变化图像 答： 三、电磁振荡的周期和频率 1．一次全振荡：发生电磁振荡时，通过电路中某一点的__电流__，由某方向的最大值再恢复到__同一__方向的最大值，就完成了一次全振荡。 2．周期：电磁振荡完成一次__全振荡__需要的时间。 3．频率：1 s内完成的__全振荡__的次数。 如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫作振荡电路的__固有__周期和__固有__频率。 4．周期和频率公式：T＝　2π　，f＝　　。 探究点一　电磁振荡的产生 1．LC电磁振荡的产生过程 2．分类分析 (1)同步关系 在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即 q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑) 振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即 i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑) (2)同步异变关系 在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，也即q、E、EE↑i、B、EB↓。 注意：自感电动势E的变化规律与q­t图像相对应。 　如图甲为电容器上极板电量q随时间t在一个周期内的变化图像，如图乙为LC振荡电路的某一时刻的状态，线圈L中磁场方向向上，电容器中电场方向向上，则(　　) A．t2～t3中某时刻与图乙状态相对应 B．t1～t2时间内LC振荡电路内的电流为顺时针 C．t1时刻线圈中自感电动势为零 D．图乙中电容器极板间电场能逐渐减小 [解析]　t2～t3时间内电容器充电，且上极板带负电，所以LC振荡电路内的电流为逆时针，根据安培定则可知L中磁场方向向上，所以t2～t3中某时刻与题图乙状态相对应，此时电容器极板间电场能逐渐增大，故A正确，D错误；t1～t2时间内电容器放电，且上极板带正电，所以LC振荡电路内的电流为逆时针，故B错误；t1时刻回路中电流为零，电流变化率最大，线圈中的感应电动势最大，故C错误。 [答案]　A ●核心素养·思维升华 LC振荡电路充、放电过程的判断方法 (1)根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。 (2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的电荷量q(电压U、电场强度E、电场能EE)增大或电流i(磁感应强度B、磁场能EB)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。 (3)根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。 1．LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则下列说法错误的是(　　) A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电 C．若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电 D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b 解析　若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误。 答案　D 探究点二　电磁振荡的周期和频率 1．T＝2π，即T取决于L、C，与极板所带电荷量、两板间电压无关。 2．电感线圈的自感系数L及电容C决定因素 (1)L一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定。 (2)电容C由公式C＝可知，与电介质的介电常数εr、正对面积S及板间距离d有关。 　如图甲所示的LC电路中，保持L不变，改变电容器的电容，回路中电容器两端的电压u随时间t变化的图像如图乙所示，则下列说法正确的是(　　) A．曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的2倍 B．图甲时刻回路中的磁场能正在变大 C．曲线2对应电容器所带最大电荷量与曲线1对应电容器所带最大电荷量相等 D．曲线2对应的电流最大时，曲线1对应的电流可能为零 [解析]　由题图乙可知，曲线2的振荡周期是曲线1的两倍，根据公式T＝2π可知，曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的4倍，故A错误；根据安培定则可知，题图甲中电流从电容器流出，电容器在放电，电场能转换为磁场能，因此回路中的磁场能正在增大，故B正确；根据电容定义式可得Q＝CU，由于改变电容前后电容器两端的电压相同，且曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的4倍，因此曲线2对应电容器所带最大电荷量为曲线1对应电容器所带最大电荷量的4倍，故C错误；曲线2对应的电流最大时，电容器两端的电压为零，由题图乙可知，此时曲线1对应的电容器两端电压也为零，曲线1对应的电流也最大，故D错误。 [答案]　B 2．对LC振荡电路，下列说法正确的是(　　) A．振荡电路中，电容器充电或放电一次所用的时间为π B．振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为2π C．振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化周期为π D．振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期为2π 解析　在一个周期内，电容器充电、放电各两次，每次充电或放电所用的时间为振荡周期的，所以A选项错；电场能与电场强度的方向无关，磁场能与磁感应强度的方向无关，因此在电磁振荡的一个周期内各出现两次最大值，即电场能或磁场能的变化周期为π，所以B选项错；电场、磁场、电荷的变化周期跟电流的变化周期相同，均为2π，所以正确选项为D。 答案　D 1．(电磁振荡)在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图所示，则(　　) A．在时刻t1，电路中的电流最小 B．在时刻t2，电路中的磁场能最大 C．从时刻t2至t3，电路中的电场能不断增大 D．从时刻t3至t4，电容器的带电荷量不断增大 答案　D 2．(电磁振荡)如图所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向如图，且正在增大，则此时(　　) A．A板带正电 B．线圈L两端电压在增大 C．电容器C正在充电 D．电场能正在转化为磁场能 解析　电路中的电流正在增大，说明电容器正在放电，选项C错误；电容器放电时，电流从带正电的极板流向带负电的极板，则A板带负电，选项A错误；电容器放电，电容器两板间的电压减小，线圈两端的电压减小，选项B错误；电容器放电，电场能减少，电流增大，磁场能增大，电场能正在转化为磁场能，选项D正确。 答案　D 3．(电磁振荡)图甲中通过P点电流(向右为正)的变化规律如图乙所示，则(　　) A．0～0.5 s间，电容器C正在充电 B．0.5～1 s间，电容器C上极板带正电 C．1～1.5 s内，Q点的电势比P点的电势高 D．1～1.5 s内，磁场能转化为电场能 解析　由题图乙知，0～0.5 s内，电流逐渐增大，电容器正在放电，A项错误；0.5～1 s内，电流沿正方向逐渐减小，是充电过程，电容器上极板带负电、下极板带正电，B项错误；1～1.5 s间，电流沿负方向逐渐增大，是放电过程，Q点比P点电 势高，C项正确；放电过程中电场能转化为磁场能，故D项错误。 答案　C 4．(电磁振荡的周期和频率)LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是(　　) A．　　　　　　　 B． C．π D．2π 解析　LC振荡电路的周期T＝2π，其电容器上的带电量从最大值变化到零的最短时间t＝，故t＝。 答案　B 5.(电磁振荡的周期和频率)有一LC振荡电路，如图所示，当电容调节为C1＝200 pF时，能产生频率为f1＝500 kHz的振荡电流，要获得频率为f2＝1.0×103 kHz的振荡电流，则可变电容器应调为多大？(设电感L保持不变) 解析　LC电路的振荡频率：f＝， 由于电感L保持不变，所以＝ 代入数据，解得C2＝50 pF。 答案　50 pF 学科网（北京）股份有限公司 $