第四章 1 电磁振荡-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册学习手册（人教版）

N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 第四章 电磁振荡与电磁波 知识网络图 振荡电路：LC振荡电路 电容器的g、u、E、E的变化规律 电磁振荡 电路中的i、线圈中的B、E做的变化规律 LC振荡电路的周期和频率：1=2mVLC 变化的磁场产生电场 麦克斯韦电磁场理论 变化的电场产生磁场 电磁波的形成：电磁场由近及远地向外传播 电磁场与电磁波 预言：麦克斯韦 电磁波 实验验证：赫兹 电磁振荡与电磁波 横波 干涉、衍射、反射、折射、偏振 电磁波的特点 真空中波速c=3×10m/s 传搔过程不需要介质 采用高频率和开放电路 发射 调制：调幅和调频 无线电波的发射和接收 调谐：产生电谐振 接收 解调（调幅波的解调也叫检波） 定义：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排成的谱 电磁波谱 包括：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和y射线 特点及应用 46)学 第四章电磁振荡与电磁波。 1.电磁振荡 此后，这样的充电、放电过程反复进行 知识梳理 下去。 川知识点1电磁振荡的产生 5.电磁振荡的实质 在电磁振荡过程中，电容器极板上的电 1.振荡电流： 和 都做周期 荷量、电路中的电流与振荡电流相联系的电 性迅速变化的电流。 场和磁场都在周期性的变化，电场能和磁场 2.振荡电路：能产生振荡电流的电路。 能也随着做 的转化。 3.由 和 所组成的一种基本 川知识点2电磁振荡的周期和频率 振荡电路为LC,如图 1. 周期：电磁振荡 需要的时间。 所示。 2.频率：电磁振荡完成 与 4.LC振荡电路的放电、充电过程。 之比叫作它的频率，数值等于单 (1)放电过程：由于线圈的自感作用，放电 位时间内完成 的次数。 电流由 逐渐 电容器 如果振荡电路没有能量损失，也不受其 极板上的电荷逐渐 电容器里 他外界影响，这时的周期和频率分别叫作振 的电场逐渐 线圈的磁场逐渐 荡电路的 和 简 能逐渐转化为 称振荡电路的周期和频率。 能，振荡电流逐渐 放电 3.周期和频率公式：T 完毕时，极板上的电荷量为 放电电流达到 要点突破 (2)充电过程：电容器放电完毕后，由于线 要点1 振荡电流、极板带电荷量随时 圈的自感作用，电流保持原来的方向继 间的变化图像 续流动，并逐渐 电容器开始 反向充电，极板上的电荷逐渐 线圈的磁场逐渐 电容器里的 电场逐渐增强， 能逐渐转化为 能，振荡电流逐渐减小，充电 完毕，电流减小到0， 能全部 转化为 能，极板上的电荷量 达到 学 47 N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 放电充电 放电 变式训练① 如图所示为LC电路产生电磁振荡的一个 循环过程。从图中状态(a)开始，经过一个周 以逆时针方向电流为正 期又回到初始态()，则对于方框中三个状态 在该周期中出现的先后顺序正确的是() 图中q为上极板的电荷量 (a) 上图为LC振荡电路在一个周期内的振 荡过程，以图甲为起始时刻，图甲表示电容 器刚要放电瞬间，电路里没有电流，电容器 ① ② 两极板电荷最多。 例1 (多选)如图所 示，L为一电阻可忽略的 (e) 线圈，D为一灯泡，C为 变式训练1题图 电容器，开关S处于闭 A.①②③ B.③②① 例1题图 合状态，灯泡D正常发 C.③①② D.②①③ 光，现突然断开S,并开始计时，能正确反 要点2 振荡过程中各物理量的变化情 映电容器a极板上电荷量g及LC回路中电 况的判断 流i(规定顺时针方向为正)随时间变化的 图像是（图中g为正值表示a极板带正电） 电场 物理量 电荷 强度 电势电场电流 磁感 磁场 量q E 差U 能 i 应强 度B 能 0-子 减小减小减小减小增大增大增大 电容器放电 =T时刻 0 0 0 0 最大最大最大 TT 思路点拨 42 增大增大增大增大减小减小减小 反向充电 根据电容器两端电势差的变化情况， =T时刻 判断电容器带电量的变化，再根据电容 2 最大最大最大最大 0 0 0 器的充、放电和线圈的自感电动势来确 T3T 24 减小减小减小减小增大增大增大 定电流的变化，从而求解。 反向放电 48) 第四章电磁振荡与电磁波。 续表 变式训练2 物理量 电荷 电场 电势电场电流 磁感 磁场 量q 强度 应强 E 差U 能 度B 能 (多选)在如图甲所示的LC振荡电路 =3江时刻 4 0 0 0 最大 最大最大 中，通过P点的电流随时间变化的图线如图 乙所示，若把通过P点向左的电流规定为正 3江→T 4 增大增大增大增大减小减小减小 值，则( 电容器充电 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 ]2 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 变式训练2题图 流流出带正电的极板时，电荷量减少，电 A.0~0.5ms内，电容器C正在放电 场能向磁场能转化，处于放电过程。 B.0.5~1ms内，电容器上极板带正电 2.根据物理量的变化趋势判断：当电容器的电 C.1~1.5ms内，Q点比P点电势高 荷量g(电压U、场强E、电场能EE)增大 D.1.5~2ms内，电场能在减少 或电流i(磁感应强度B、磁场能E)减小 川要点3电磁振荡周期和频率 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 :1.明确T=2rVLC,即T取决于L、C,与 场能增加时，放电。 极板所带电荷量、两板间电压无关。 例2（多选）在LC回路产生电磁振荡的过 :2.明确电感线圈的自感系数L及电容C由哪 程中，下列说法正确的是（) 些因素决定。L一般由线圈的长度、横截 A.电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小 面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决 B.回路中电流值最大时刻，回路中磁场能 定，电容C由公式C=可知，与电介 最大 4πkd C.电容器极板上电荷最多时，电场能最大 质的相对介电常数E,、极板正对面积S及 D.回路中电流值最小时刻，电场能最小 板间距离d有关。 例3要想增大LC振荡电路中产生的振荡 思路点拨 电流的频率，可采用的方法是() 在LC振荡电路中，电容器在放电过 A.增大电容器两极板的间距 程中：电场能减少，磁场能增加，回路 B.升高电容器的充电电压 中电流增加，电容器上的电量减少。从 C.增加线圈的匝数 能量角度分析：电场能向磁场能转化。 D.在线圈中插入铁芯 电容器充电过程与放电过程正好相反。 学 49 高中物理选择性必修第二册（人教版） 思路点拨 B.此时刻电容器C正在充电 根据LC振荡电路的频率公式f= C.增加线圈的匝数，电磁振荡过程中，电 1 场能和磁场能转化的周期变长 即可求解。 2TVLC D.增大C两极板的距离，电磁振荡过程中， 电场能和磁场能转化的周期变长 B变式训练③ 情境拓展 (多选)LC振荡电路是 包含一个电感线圈（用字母 (多选)某电子钟是利用LC振荡电路 表示)和一个电容器（用字 来制成的，使用一段时间后，每昼夜总是 母C表示)连接在一起的电 变式训练3题图 快1min,造成这种现象的可能原因是 路。该电路可以储存电磁振荡过程中的能 量。某时刻振荡电路的瞬时状态如图所示， A.L不变，C变大 B.L不变，C变小 下列说法正确的是( C.L变小，C不变 D.L、C均变小 A.此时刻电容器C正在放电 2.电磁场与电磁波 的电场产生同频率 的磁场；稳定 知识梳理 的电场周围 磁场。 知识点1麦克斯韦电磁理论的两个基 川知识点2 电磁场和电磁波 本假设 1.电磁场 1.变化的磁场能够在周围空间产生电场 变化的 和变化的 总是 (1) 的磁场产生 的电 相互联系的，形成不可分割的统一体，称为 场； 变化的磁场产生 电磁场。 的电场； 的磁场产生同 2.电磁波 频率 的电场；稳定的磁场 (1)电磁波的产生：电磁场由发生区域向远 周围不产生电场。 处传播，就形成电磁波。 (2)电场可由两种方式产生：①由电荷产 (2) 电磁波的特点： 生；②由 产生。 ①电磁波是 ，电磁波在空间传播 2.变化的电场能够在周围空间产生磁场 介质。 的电场产生恒定的磁场： ②电磁波的波长、频率、波速的关系：= 的电场产生变化的磁场； 。 在真空中，电磁波的速度c=一 50>"4.电能的输送 知识梳理 知识点1 2.发热Pt3.(1)减小 (2)减小输电功率 提高输电电压 知识点2 1.(1)电压损失 (2)R2.(1)功率损失 (2)P r3②)Par光 /P12 要点突破 例1500W:100V:9500W:1900V【解析】通 过输电线的电流：-会9A5A,输电线上损失 的功率为P我=Ir=52×20W=500W,输电线上损失的电 压为U线=1线=5×20V=100V,用户得到的功率为Pm=P P线=10x10W-500W=9500W,用户得到的电压为Um= U升-U我=2000V-100V=1900V。 变式训练1A 例2(1)见解析图 2)0 25 1 【解析】(1)画出输电线路的示意图如图所示。 R线 用 户 例2题答图 第四章 电磁 >"1.电磁振荡 知识梳理 知识点1 1.大小方向3.电感线圈L电容器C4.(1) 0增大减少减弱增强电场能磁场增大0 最大值(2)减小增多减弱磁场电场磁 场电场最大值5.周期性 知识点2 1.完成一次周期性变化2.周期性变化的次数所 用时间周期性变化固有周期固有频率3.2πVLC 2TVLC 参考答案与解析。 (②)升压变压器原线图中的电流为号-500A,输电线 损失的功率为P=5%P-5%x5x105W=2.5×104W,输电线 中的电流为-=V尺-50A,用户回路中的总电流为 L4=Pm户=PP量=1250A,则升压变压器原、副线圈的 0用户0用户 面数化为品个品。，则降压变压器原、周线因 的匝数比为2=4=1250_25 n4I3501 变式训练2(1)9.6天(2)3：100,5.7×105V 情境拓展 0.226m;使用11kV电压输电更合适。【解析】设 电线的输送功率为P,输电电压为U,输电线上的损失 功率为△P,导线长度为L,导线的横截面积为S,电阻 率为p,由电阻定律得Rp片，输电线的箱电电流为上 台，翰电线上的损失功半为4P-Rp片。 由题可知电线的输送功率为P,输电线上的损失功率为 △P,导线长度为L,电阻率为p均相同，则导线的横截 面积S与输电电压U的平方成反比，则S:S2=U:= 2500:1,所以当用11kV的电压输电，则使用横截面积 为16mm2的输电线、220V电压输电时，所用同材质 导线的横截面积为S=16mm×2500=0.04m2,其直径约 为0.226m,所以这样的导线是不行的，故适合用11kV 的电压输电。 振荡与电磁波 要点突破 例1BC【解析】S断开前，电容器C短路，线圈 中电流从上到下，电容器不带电；S断开时，线圈L中 产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器C充电，此 时LC回路中电流i沿顺时针方向（正向）最大；给电 容器充电过程中，电容器带电荷量最大时（a板带负 电)，线圈L中电流减为0。此后，LC回路发生电磁振 荡形成交变电流。综上所述，B、C正确。 变式训练1C 例2BC【解析】电容器放电完毕时，q=0,但此时 i最大，所以磁场能最大，则A错误；电流最小0时， q最多，极板间电场最强，电场能最大，则D错误；同 理分析，B、C正确。 变式训练2AB 35 高中物理选择性必修第二册（人教版） 例3A【解析】LC振荡电路中产生的振荡电流的 频率上。1一，要想增大颜率，应该减小电容C,诚 2TVLC 小线圆的自盖系数L,再根超G器。，指大电容器两 极板的间距，电容减小，所以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 中插人铁芯，自感系数增大，故C、D错误。 变式训练3BC 情境拓展 BCD【解析】电子钟变快说明LC振荡电路的周期 变小了，根据T=2πVC可知，其可能原因是L不变、 C变小，或L变小、C不变，或L、C均变小。故B、 C、D正确。 ●“2.电磁场与电磁波 知识梳理 知识点1 1.(1)均匀变化恒定非均匀变化周期性变 化周期性变化(2)变化的磁场2.均匀变化非 均匀变化周期性变化周期性变化不产生 知识点2 1.电场磁场2.（2)①横波不需要②入f 3.0×108m/s③千涉衍射3.(3)感应电动势电压 (4)赫兹实验(5)麦克斯韦麦克斯韦 要点突破 例1BC【解析】A图中的上图磁场是稳定的，由 麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电 场，A图中的下图是错误的；B图中的上图是均匀变化 的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的， 所以B图正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生 同颜率的振荡电场，且相位相差交，C图是正确的；D 图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁 场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故 D图错误。 变式训练1D 例2BC【解析】磁场不变，根据麦克斯韦电磁场 理论可知，不变的磁场不会产生电场，A错误；当磁场 变化时，可在其周围产生电场，带电粒子在电场中受到 电场力就会运动，与洛伦兹力无关，故BC正确，D错误。 变式训l练2D 例3AC【解析】由电磁波和声波的概念可知A正 确。因为电磁波可以在真空中传播，而声波属于机械 36 波，它的传播需要介质，在真空中不能传播，故B错 误。电磁波在空气中的传播速度大于在水中的传播速 度，在真空中的传播速度最大；声波在气体、液体、固 体中的传播速度依次增大，故C正确。无论是电磁波还 是声波，从一种介质进人另一种介质频率都不变，所以 由波长=”及它们在不同介质中的速度可知，由空气 进入水中时，电磁波的波长变短，声波的波长变长，故 D错误。 变式训练3ABC 情境拓展 AC【解析】根据公式c=f可知，频率越高的电磁 波，波长越短，故A正确；电磁波在真空中传播速度为 3×10m/s,故B错误；赫兹通过实验捕捉到电磁被，证 实了麦克斯韦的电磁理论，故C正确：均匀变化的电场 激发稳定的磁场，空间不会产生电磁波，故D错误。 m3.无线电波的发射和接收 知识梳理 知识点1 1.(1)足够高的振荡频率大(2)开放电路 2.地线天线3.各种信号改变(1)振幅频率 知识点2 1.感应电流2.固有最强共振(1)电谐振 (2)调幅波 要点突破 例1B【解析】要增大无线电波向空间发射电磁 波的能力，必须提高其振荡频率，即减小L或减小C, 要减小L,可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法； 要减小C,可采用增大板间距、减小极板正对面积、减 小介电常数的办法。 变式训练1BCD 例2CD【解析】当调谐电路的固有频率等于接收 电磁波的频率时，发生电谐振才能较好地收到电台信 号。本题中收不到信号的原因是调谐电路的固有频率 低，由F、1一知在C无法再调节的情况下，可减小 2TVLC L以提高f,故C、D正确。 变式训练2AD 情境拓展 B【解析】建立模型如图，单位时 R 间辐射源辐射的能量以球状辐射出去， 所以球面上接收到的电磁辐射功率等 情境拓展答图