第四章 1.电磁振荡-（配套练习）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

1.电磁振荡 1.知道什么是振荡电流和振荡电路。 2.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程，知道电磁振荡过程中的能量转化情况。 3.知道LC振荡电路的周期和频率公式，会进行有关问题的计算。 知识点一　电磁振荡的产生　电磁振荡中的能量变化 　情境：由电源、开关、电容器、线圈及导线组成如图所示的电路，先将开关S掷向1，给电容器充电，再将开关掷向2，电容器将放电。 问题：（1）电容器通过线圈放电过程中，线圈中的电流怎样变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？ （2）在电容器反向充电过程中，线圈中电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？ 1.电磁振荡的产生 （1）振荡电流：大小和方向都做　　　　迅速变化的电流。 （2）振荡电路：产生　　　　　的电路。 （3）LC振荡电路的放电、充电过程。 ①电容器的放电过程：如图所示，当开关S从　　接到　　时，电容器开始放电，由于线圈有　　　　作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐　　　　，放电完毕时，极板上的电荷量为0，放电电流达到　　　　。 ②电容器的充电过程：电容器放电完毕时，由于线圈有　　　　　　作用，电流并不会立刻减小为0，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始　　　　　　，极板上的电荷逐渐　　　　　，电流减小到0时，充电结束，电容器极板上的电荷量　　　　　。 （4）电磁振荡：在整个过程中，电路中的　　　　、电容器极板上的　　　　　、电容器里的　　　　　　、线圈里的　　　　　　　，都在周期性地变化着。 2.电磁振荡中的能量变化 （1）电容器放电过程中的能量变化：电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为　　　　，在放电完毕的瞬间，电场能全部转化为　　　　。 （2）电容器充电过程中的能量变化：线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为　　　　，到反方向充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为　　　　。 （3）实际的LC振荡电路能量：任何电路都有电阻，电路中总会有一部分能量转化为内能，另外还会有一部分能量以　　　的形式辐射出去。 【易错辨析】 　（1）在LC振荡电路中，电容器放电过程中电容器的电场能逐渐转化为磁场能。（　　） （2）在LC振荡电路中，电容器充电过程中线圈中的电流逐渐增大。（　　） （3）在LC振荡电路中，线圈中电流变化时，线圈中产生的自感电动势的方向总是与电流方向相反。（　　） 1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像 2.各物理量变化情况一览表 时间 工作过程 q E i B 能量 0→ 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 → 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 → 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 →T 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 【例1】 （电磁振荡的产生）在LC振荡电路中，某时刻线圈中电流产生的磁场方向和电容器极板的带电情况如图所示，则图示状态（　　） A.电容器刚好充电完毕 B.电容器的带电荷量在减小 C.线圈中的电流正在减小 D.磁场能正在向电场能转化 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 方法技巧 LC振荡电路中充、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.根据有关量的变化趋势判断：当电容器的电荷量q（电压U、场强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.根据能量变化判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。 【例2】 （电磁振荡中各量的变化）〔多选〕在如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图像如图乙所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，则（　　） A.0～0.5 ms内，电容器C正在充电 B.0.5 ms～1 ms内，电容器上极板带正电 C.1 ms～1.5 ms内，Q点比P点电势高 D.1.5 ms～2 ms内，磁场能在减少 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例3】 （电磁振荡的图像分析）如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间的变化规律如图乙所示，则电路中振荡电流随时间的变化图像是（振荡电流以电路中逆时针方向为正）（　　） 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 方法技巧 电磁振荡过程中各量随时间变化的图像 　　同一过程中极板上电荷量q、振荡电流i、板间电压u、电场能E电、磁场能E磁随时间变化的图像（从电容器放电开始）： 由以上图像可以看出： ①u与q的变化步调一致，E电与u、q的大小相对应； ②E磁与i的大小相对应； ③q、u与i的变化步调总是相反。 知识点二　电磁振荡的周期和频率 　情境：如图为LC 振荡回路中的q-t图像、i-t图像。 问题：（1）用什么物理量描述LC 振荡回路中各量变化的快慢？ （2）猜想LC 振荡回路中各量的变化快慢与什么因素有关？ 1.周期：电磁振荡完成一次　　　　　　需要的时间。 2.频率：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比，数值等于单位时间内完成的　　　　　　的次数。 如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率。 3.LC电路的周期和频率公式：T＝　　　　，f＝，其中周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒（s）、赫兹（Hz）、亨利（H）、法拉（F）。 【易错辨析】 　（1）电磁振荡过程中电容器的电荷量越大，电磁振荡的周期一定越大。（　　） （2）振荡电路中电容器的电容越大，电磁振荡的周期不一定越大。（　　） （3）振荡电路中线圈的自感系数越大，电磁振荡的周期一定越大。（　　） （4）振荡过程中电场能、磁场能变化的周期与电磁振荡的周期相等。（　　） 1.影响振荡电路的周期T和频率f的因素 （1）周期T和频率f只与线圈的自感系数L和电容器的电容C有关，与其他因素无关。 （2）电容器的电容C与正对面积S、板间距离d及相对介电常数εr有关，可以根据C＝判断。 （3）线圈的自感系数L与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等因素有关。 2.LC回路中各物理量的变化周期 （1）回路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期都等于LC振荡电路的振荡周期T＝2π，而且上述各量的方向在一个周期内改变两次。 （2）电容器极板上所带的电荷量的变化周期等于振荡周期T＝2π，而且极板上电荷的电性在一个周期内改变两次。 （3）电场能、磁场能的变化周期等于振荡周期的一半，即T'＝＝π。 【例4】 （电磁振荡周期和频率公式的理解）〔多选〕要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是（　　） A.增大电容器两极板的间距 B.升高电容器的充电电压 C.减小线圈的匝数 D.在线圈中插入铁芯 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例5】 （电磁振荡周期和频率公式的应用）自动体外除颤仪（AED）号称“救命神器”。某款除颤仪的简化电路如图甲所示，由低压直流电源经过电压变换器变成高压电，然后整流成几千伏的直流高压电，对电容器充电。除颤时，经过电感等元件将脉冲电流（如图乙所示）作用于心脏，实施电击治疗，使心脏恢复窦性心律。某次除颤过程中将电容为20 μF的电容器充电至6.0 kV，电容器在时间t0内放电至两极板间的电压为0。其他条件不变时，下列说法正确的是（　　） A.线圈的自感系数L越大，放电脉冲电流的峰值越小 B.线圈的自感系数L越小，放电脉冲电流的放电时间越长 C.电容器的电容C越小，电容器的放电时间越长 D.在该次除颤过程中，流经人体的电荷量约为120 C 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L＝2.5×10－3 H，电容器电容C＝4 μF，在电容器开始放电时（取t＝0），上极板带正电，下极板带负电，则（　　） A.LC振荡电路的周期T＝π×10－4 s B.当t＝π×10－4 s时，电容器上极板带正电 C.当t＝×10－4 s时，电路中电流方向为顺时针 D.当t＝×10－4 s时，电场能正转化为磁场能 提示：完成课后作业　第四章　1. 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $ 1.电磁振荡 知识点一 情境导入 　提示：（1）电容器放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器中的电场能转化为线圈中的磁场能。 （2）在电容器反向充电过程中，线圈中电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器中的电场能。 新知导读 1.（1）周期性　（2）振荡电流　（3）①1　2　自感　减少　 最大值　②自感　反向充电　增多　最多　（4）电流i　 电荷量q　电场强度E　磁感应强度B　2.（1）磁场能　 磁场能　（2）电场能　电场能　（3）电磁波 （1）√　（2）×　（3）× 知识点二 情境导入 提示：（1）周期和频率。（2）线圈的自感系数L、电容器的电容C。 新知导读 1.周期性变化　2.周期性变化　3.2π 易错辨析 （1）×　（2）√　（3）×　（4）× 1.电磁振荡 知识点一 【例1】　B　根据安培定则知，电流方向如图所示，则可知，此时电容器放电，电容器的带电荷量在减小，A错误，B正确；电容器放电，线圈中的电流正在增大，C错误；电容器放电，电场能正在向磁场能转化，D错误。 【例2】　CD　由题图乙可知，在0至0.5 ms内，电路中的电流在增大，电容器正在放电，A不符合题意；由题图乙可知，在0.5 ms至1 ms内，电流是正的，即经过P点的电流向右，由于电路中做定向移动的带电粒子，是带负电的电子，因此在该时间段内，电子经过P点向左移动，因此电容器上极板带负电，B不符合题意；由题图乙可知，在1 ms至1.5 ms内，通过电感线圈的电流向上，且增大，电容器放电，且下极板带正电，可知电感线圈下端电势高，上端电势低，即Q点比P点电势高，C符合题意；由题图乙可知，在1.5 ms至2 ms内，电路电流减小，磁场减弱，磁感应强度变小，电路处于充电过程，磁场能转化为电场能，磁场能在减小，D符合题意。 【例3】　D　电容器极板间的电压U＝随电容器所带电荷量的增大而增大，随电容器所带电荷量的减少而减少。从题图乙可以看出，在0～这段时间内电容器充电，且UAB＞0，即φA＞φB，A极板应带正电，只有顺时针方向的电流才能使A极板被充电后带正电，同时考虑到t＝0时刻电压为零，电容器带电荷量为零，电流最大，可知t＝0时刻，电流为负向最大，所以D正确。 知识点二 【例4】　AC　LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f＝，要想增大频率，应该减小电容C或减小线圈的电感L，再根据C＝，增大电容器两极板的间距，电容减小，A正确；升高电容器的充电电压，电容不变，B错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系数均增大，故C正确，D错误。 【例5】　A　线圈的自感系数L越大，对电流的阻碍作用越大，则放电电流越小，放电脉冲电流的峰值也越小，故A正确；振荡电路的振荡周期为T＝2π，电容器放电时间为t＝＝，则线圈的自感系数L越大，放电脉冲电流的放电时间越长，故B错误；电容器的电容C越大，放电脉冲电流的放电时间越长，故C错误；电容为20 μF的电容器充电至6.0 kV，则电容器储存的电荷量为Q＝CU＝20×10－6×6.0×103 C＝0.12 C，故在该次除颤过程中，流经人体的电荷量约为0.12 C，故D错误。 即学即练 　C　LC振荡电路的周期T＝2π＝2π× s＝2π×10－4 s，选项A错误；当t＝π×10－4 s＝时，电容器反向充满电，所以电容器上极板带负电，选项B错误；当t＝×10－4 s时，即0＜t＜，电容器正在放电，电路中电流方向为顺时针方向，故C正确；当t＝×10－4 s时，即＜t＜，电容器处于反向充电过程，磁场能正在转化为电场能，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $