4.1 电磁振荡 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦“电磁振荡”核心知识，以旅行者1号电磁波实例导入，衔接电磁波与变化电流的关系，通过LC振荡电路的构成、充放电过程及能量转化，搭建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于结合实验演示（观察电压波形）、图像分析（电流与电量周期性变化）及口诀小结（“流系磁，荷联电，电磁变化恰相反”），体现科学探究与科学思维。帮助学生建立能量观念，教师可高效开展概念教学与能力培养。

版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 1990 年 2 月 14 日，已经完成主要任务的旅行者1 号在距离地球 60 亿千米之外接到了来自地球的指示，调转照相机，朝着地球的方向拍摄了一组照片。在传回地球的照片中，我们的地球是一个极小的暗淡蓝点，看不出与其他星球的区别。 时至今日，我们仍然能够接收到 200 亿千米之外旅行者 1 号发来的信息。 电磁波 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 第1节 电磁振荡 第四章 电磁振动与电磁波 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 3 LC振荡电路 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。 电磁波是由变化的电流产生的，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？ C LC 振荡电路 L 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 观察振荡电路中电压的波形 把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧，为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。观察电脑显示器（或示波器）显示的电压的波形。 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 演示：观察振荡电路中电压的波形 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 LC振荡电路 1. 振荡电流: 大小和方向做周期性迅速变化的电流, 叫振荡电流. 2. 能够产生振荡电流的电路叫振荡电路 3. LC振荡电路 L C LC振荡电路 LC回路：由线圈L和电容C组成的最简单振荡电路。 理想的LC振荡电路:只考虑电感、电容的作用，而忽略能量损耗。 理想LC振荡电路产生的振荡电流按正弦规律变化. 说明: 由LC回路产生的振荡电流也是一种正弦交变电流, 只是它的频率比照明用交变电流的频率高得多. 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的产生 电容器充放电和线圈的自感现象共同作用产生的 电容器 具有充、放电作用 线圈 具有自感作用 － － － － L + + + + C UC UL 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的产生 一 个 周 期 性 变 化 放电 充电 充电 放电 ｑ ｉ ｑ ｉ ｑ ｉ ｑ ｉ ++ ++ - - - - ++ ++ - - - - q=Qm i=0 q=Qm i=0 q=0 i=Im q=0 i=Im 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电容器充电结束，两极板电荷量最大。 电容器开始放电，回路中电流从0开始逐渐增大。两极板电荷量减少。 自感线圈给电容器反向充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大。 电容器开始放电，回路中电流开始逐渐增大，两极板电荷量减少。 自感线圈再次给电容器反向充电结束，回路中电流为0，两极板电荷量最大。 电磁振荡的产生 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的产生 电磁振荡的特点： (1)两个物理过程： ①放电过程:电场能转化为磁场能，q↓→ i↑ ②充电过程:磁场能转化为电场能，q↑ → i↓ ①充电完毕:磁场能向电场能转化完毕,电场能最大,磁场能最小. ②放电完毕:电场能向磁场能转化完毕,磁场能最大,电场能最小. LC回路工作过程具有对称性和周期性,可归结为: (2)两个特殊状态： 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的产生 两个对应关系： （1）同步同变关系： 在LC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是同步同向变化的，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也是同步同向变化的，即：i↑—B↑—EB↑（或i↓—B↓—EB↓）。 （2）同步异变关系： 在LC回路产生电磁振荡的过程中，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↑→i、B、EB↓。 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的产生 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，处于充电过程；反之，处于放电过程。 （2）根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q（U、E）增大时，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。 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡 在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷、通过线圈的电流，以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的产生 (1)总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量 电场能 磁场能 放电 充电 2. 电磁振荡的变化规律 (2)电场能与磁场能交替转化 电容器带电量ｑ 电路中电流ｉ 同步变化 同步变化 步调相反 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的产生 电磁振荡的图象分析 电流I 0 t + - 电容器 电量Q 0 t + - + - + - + - 正向放电 反向充电 反向放电 正向充电 3.振荡电路的工作原理 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡中的能量变化 1.无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，也叫做等幅振荡。 2.阻尼振荡：任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡。 （1）振荡电路中的能量损耗有一部分转化为内能（产生焦耳热），还有一部向外辐射出去而损失． （2）如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡。 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的周期和频率 周期：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间。 频率：一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率。 电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些?线圈的自感系数较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些？根据讨论结果，定性分析LC电路的周期（频率）与电容 C、电感L的关系。 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的周期和频率 大量实验表明： （1）电容增大时，周期变长（频率变低）； （2）电感增大时，周期变长（频率变低）； （3）电压升高时，周期不变（频率不变）. LC回路的周期和频率公式 （1）式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz． （2）适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路的周期和频率符合我们的需要． （3）电场能、磁场能变化的周期为Tˊ=T/2 结果表明，LC回路的周期和频率只与电容C和自感L有关，跟电容器的带电多少和回路电流大小无关． 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 电磁振荡的周期和频率 振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化 i 0 t B 0 t Q 0 t E 0 t 时间 t 电 流 I 电量 Q 电场能 磁场能 0 零 最大 最大 最大 零 零 零 零 零 零 零 最大 最大 最大 最大 最大 最大 最大 零 零 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 20 电磁振荡的周期和频率 B 0 t E 振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化 t 0 Q、B、i、E变化周期 T 电场能、磁场能变化周期 电 场 能 磁 场 能 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂练习 如图是教材讲解LC振荡电路中的一次周期性变化（从图①到图⑤），关于LC振荡电路描述正确的是（　　 ） A．从图②到图③的过程是磁场能转化为电场能的过程 B．图②中电容器刚好放电结束，振荡电路中电流达到最大值 C．在一个周期内，电场能向磁场能转化完成两次 D．在一个周期内，磁场能向电场能转化完成一次 ABC 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂练习 振荡电路在测量、自动控制、无线电通讯及遥控等许多领域有广泛应用。在如图甲所示LC振荡电路中，电容器C极板上的电荷量随时间变化的图线如图乙所示，则在1×10-6s—2×10-6s内，下列说法正确的是（       ） A．电容器C正在放电 B．电容器C正在充电 C．电场能正在向磁场能转化 D．回路中振荡电流正在逐渐增大 B 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂练习 如图所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，则下列判断中错误的是（       ） A．在b和d时刻，电路中电流最大 B．在a→b时间内，电场能转变为磁场能 C．a和c时刻，磁场能为零 D．在O→a和c→d时间内，电容器被充电 D 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂练习 此图是充电还是放电？ + + + + + _ _ _ _ _ 答: 放电 _ _ _ + + + 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂练习 如图所示，某LC振荡电路中，L是电阻不计的电感线图，C是电容器。该振荡电路在某一时刻的电场和磁场方向如图所示。不计电磁波的辐射损失，则下列说法正确的是（　　） A．该时刻电容器正在充电 B．该时刻电路中电流正在减小 C．该时刻电场能正在向磁场能转化 D．该LC振荡电路磁场能量变化的周期为 C 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂练习 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如图所示．下列说法正确的是（　　） A．若电容器上极板带正电，则电容器正在放电 B．若电容器上极板带负电，则线圈中的电流正在增大 C．若磁场正在增强，则电容器两极板间的电场强度正在增大 D．若磁场正在减弱，则线圈的自感电动势正在减小 A 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂练习 如图所示是一台电子钟，其原理类似于摆钟，摆钟是利用单摆的周期性运动计时，电子钟是利用LC振荡电路来计时。有一台电子钟在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1min。造成这种现象的不可能原因是（　　） A．L不变，C变大了 B．L不变，C变小了 C．L变小了，C不变 D．L、C均变小了 A 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂练习 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振荡电路的某一状态，线圈L中磁场方向向上，电容器中电场方向向上，则（　 　） A．t1时刻线圈中自感电动势为零 B．t1-t2时间内LC振荡电路内的电流为逆时针 C．t2-t3中某时刻与图乙状态相对应 D．图乙中电容器极板间电场能逐渐减小 BC 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 课堂小结 1. LC振荡电路产生的振荡电流是高频正弦交流电。 2. LC振荡电路产生的振荡电流物理原因是：电容器的充放电作用和线圈 的自感作用； 3. 在解决振荡电路振荡过程类问题时，请记住： 流系磁，荷联电，电磁变化恰相反。 4. LC回路： 版权所有：徐圣钦 QQ：894665727 Lavf58.51.100 $