第4章 1 电磁振荡-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步新课程学习指导(人教版)

109 第四章 电磁振荡与电磁波 1.电磁振荡 ○目标重点展示 素养目标 学习重点 理解振荡电流、振荡电路及LC振荡电路的概念；了解电 物理观念 磁振荡的周期与频率。 (1)电磁振荡过程中各物 通过分析振荡电流的产生过程，体会物理模型在探索自 理量的变化规律 科学思维 然规律中的作用。 (2)电磁振荡的周期和 频率 科学态度 通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁振荡在 与责任 人们生活中的地位。 探究点1电磁振荡的产生及能量变化 [提示] ●新知导学 (1)电流逐渐增大。 (2)电容器的电场能 情境：如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充 转化为磁场能。 电，再将开关掷向2，从此时起，电容器通过线圈放电。 探究：(1)线圈中的电流怎样变化？ (2)电容器的电场能转化为什么形式的能？ [提示] 。要点归纳 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电容器放电：如图所示，当开关$从 接 到 时，电容器开始 ,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 110 ②电容器充电：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 [思考] ,极板上的电荷逐渐 ,电流减小到0时，充电结束，极板上 在电磁振荡中，怎样 的电荷量达到 理解g最大时，i=0; (4)电磁振荡：在整个过程中，电路中的 、电容器极板上的 q=0时，i最大？ 、电容器里的 线圈里的 都随时间周期性的变化。 提示：线圆中的振荡 [思考] 电流i=4 △t1 由极板 2.电磁振荡中的能量变化 上电荷量的变化奉决 (1)电容器放电过程：电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强。 定，与电荷量的多少 电场能逐渐转化为 ,在放电完毕的瞬间，电场能全部转化为 无关。在q-t图像 0 (2)电容器充电过程：线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强， 中，t=0时刻，q最 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 大，但A1=0,故i= △t 0；t= (3)等幅振荡 7时划，g 振荡电路中的能量会逐渐减小，振荡电流的振幅也会逐渐减小，适时地 0,但会4最大，故i 把能量补充到振荡电路中，以 能量损耗，就可以得到 的等 △ 最大。 幅振荡。 P[思考] [思考] 3.各物理量变化情况一览表 LC振荡电路中，电容 时刻（时间） 工作过程 E B 能量转化 器、线圈消耗能量吗？ 提示：电容器充、放 T 0 4 放电过程 E电→E整 电过程中，不消耗电 能，只是电场能的储 TT 4~2 充电过程 E→E电 存与释放，电阻不计 的理想线圈也只是磁 T 3T 2~4 放电过程 E电→E酸 场能的储存与释放。 实际中线圈消耗电能 3T ~T 的原因是本身导体电 4 充电过程 E酸→E电 阻发热。 4,电磁振荡的图像 (1)振荡电流i、极板带电荷量g随时间变化的图像 甲电磁振荡过程 放电中充电中放电中充电 3T 话 乙以逆时针方向电流为正 丙图中▣为上极板的电荷量 11 (2)板间电压山、电场能E电、磁场能E磁随时间变化的图像 [拓展]LC电路的 两种起振方式 tos (1)电容器充电起振 P[拓展] [判断正误] (1)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 的变化。 ( ) (2)LC振荡电路的电容器放电完毕时，电路中电流最大。 ( 开关S掷向1，电容 (3)LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大 器充电，然后掷向 2, 电路开始电磁振 (4)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷量一定减少。 ( 荡，电容器所带电荷 (5)在振荡电路中，电容器充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为电场能。 量q和回路中电流i 随的变化如图 ( 所示。 (2)线圈感应起振 类型一：LC振荡电路中各物理量的变化 例1：（2025·浙江杭州高二期末)如图所示的LC 根据磁振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上， 场方向且电路中的电流正在减小，则此时()》 7 0i 可以确A.电容器上极板带负电，下极板带正点 定电流乃振荡电路中能量正在从磁场能转化为电场能电流正在减小说明 方向，C.电容器两极板间的电场强度正在减小 磁场能在减小，电场能在增 o. 电流六D.线圈中的磁通量变化率正在变小 大，电容器在充电 闭合开关S,电感线 向为上 圈获得电流，稳定后 侧导线 由电流方向和电容器 磁通量的变化幸取决于电流的变化幸，电流在减 再断开S,电路开始 向右 在充电可以做出判断 小，结合电流随时间变化的图线可以做出判断 电磁振荡，电容器所 带电荷量q和回路中 P[规律方法] 电流i随的变化如 图所示。 类型二：振荡电路中的图像问题 [规律方法]电磁振 荡过程中各物理量 例2：（多选）如图所示为C振荡电路中电容器极板上 的同步关系、同步 异变关系 的电荷量q随时间t变化的曲线，由图可知( (1)同步关系 A.在时刻，电路中的磁场能最小 ①在LC振荡电路发 生电磁振荡的过程 B.在t~t2时间内，电路中的电流不断变小 中，电容器上的物理 量：电荷量9、电场 C.在t2~t3时间内，电容器正在充电 强度E、电场能E电 D.在4时刻，电容器中的电场能最小 >[规律方法] 同步变化，即g↓→ E↓→E电↓（或9个 →E个→E电个）。 12 跟踪训练1：在如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化®在LC振荡电路发 的规律如图乙所示，规定电路中振荡电流沿逆时针方向为正方向，则电路中生电磁振荡的过程 振荡电流随时间变化的图像是 （）中，线圈上的物理 量：振荡电流i、磁 感应强度B、磁场能 E磁同步变化，即i↓ →B↓→Et↓（或i个 →B个→Ea个）。 (2)同步异变关系 在LC振荡过程中， 电容器上的三个物理 量9、E、E电与线图 上的三个物理量i、 探究点2电磁振荡的周期和频率 B、E做是同步异向变 化的，即q、E、E电 ●新知导学 同时减小时，i、B、 情境：如图所示为LC振荡回路中 Ea同时增大。 的g-t图像、i-t图像 [规律方法]LC振 探究：(1)用什么物理量描述LC振 14:hr 荡电路充、放电过 荡回路中各量的变化快慢？ 程的判断方法 (2)猜想LC振荡回路中各量的变化快慢与什么因素有关？ P[提示] (1）根据电流流向判 ●要点归纳 断，当电流流向带正 电的极板时，处于充 1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的 电过程；反之，处于 2.频率：电磁振荡完成周期性变化的 与所用时间之比，数值上 放电过程。 等于 内完成的周期性变化的次数。 (2)根据物理量的变 3.LC电路的周期和频率公式：T= 化趋势判断，当电容 器的带电荷量q(U、 4.影响电磁振荡的周期T=2πC和频率∫= 的因素 2T VLC E)增大时，处于充电 (1)LC电路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电 过程；反之，处于放 容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接人电路中等因素无关。 电过程。 (2)电容C与正对面积S、板间距离d及相对介电常数ε.有关，可以根据 (3)根据能量判断， 电场能增加时，处于 C=&S 4n判断。 充电过程；磁场能增 加时，处于放电 (3)电感L与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等因素有关。 过程。 5.LC回路中各物理量的变化周期 [提示] (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 (1)周期和频奉。 E的变化周期都等于LC振荡电路的振荡周期T=2πLC,而且上述各量的 (2)线圈的自感系数 方向在一个周期内改变两次。 L、电容器的电容C。 (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√LC, 而且极板上电荷的电性在一个周期内改变两次。 113 ③)电场能、磁场能的变化周期等于振荡周期的一半，即T”=,卡 π√LC。 。[思考] 例3：将线圈、电容器、电流表、电源和单刀双掷开关连成 如图所示的电路。先把开关置于1位置，为电容器 充电。已知线圈的自感系数为L,电容器的电容为 [思考] C。把开关置于2位置并开始计时，下列说法正确 21 LC振荡演示电路中， 的是 由于电路中电阻发热 A4,=π，C时刻，回路中电流为零，磁场能全部转化为电场能 和电磁波辐射，电流 和电压峰值随时间逐 B.t2=π√LC时刻，回路中电流最大，电场能全部转化为磁场能 渐变小，其周期是否 改变？ C.从0时刻到，=TC时刻，电流由a向b流过电流表，电场能向磁 2 提示：周期不变，电 场能转化 流、电压变化的周期 T=2π√C,由振 D,从4=红)C时刻到，三πLc时刻，电流由b到流过电流表，圈 荡电路本身决定，与 电流、电压无关。 场能向电场能转化 跟踪训练2：（多选）如图所示，要增大该振荡电路的 频率，下列说法正确的是 A.减少电容器所带电荷量 B.将开关S从“1”位置拨到“2”位置 C.在线圈中插入铁芯 D.将电容器的动片旋出些 素养能力提升拓展整合·启智培优 电磁振荡与电场、力学知识的综合应用 例4：如图所示的电路中，电容器的电容C=1uF,线圈的自感系数L=0.1mH, 先将开关S拨至α，这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止，然后将开 关S拨至b,经过3.14×10-5s,油滴的加速度是多少？当油滴的加速度为 何值时，LC回路中的振荡电流有最大值？（重力加速度g取10/s2,研 究过程中油滴不与极板接触) 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[24]6C变压器次级电压有效值为，=山巨V=11V,则变压器 2 原瑞线周的位数比会会-瓷斗放选℃ 7.B根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比可得= 一000名A结误：原刷线图两端的功幸相等，流过刷线 2P=1000000A=100A,输电线上由R造成的 圈的电流，=0=10000 电压损失为△U=12R=100×5V=500V,B正确；变压器原线 圈中的电流为1=号=100000A=2500A,C错误：变压 ΓU1-400 器不改变交变电流的频率，变压器原、副线圈中电流的频率相 同，D错误。故选B。 8.C由题知，发电机的输出电压U=250V,输出功率 500kW,则有4=七=2×103A,A错误；由题知，用户端电 么=0V.功半测有验-台-受P=,联立解 得14=400A,1=8A,U=11000V,则输电线上损失的功率 为P=1,R=4kW,且，=U,+1R=11500V,再根据元， ,01 心，解得=6BD错误；根据理想变压器无功率损失有P =U2l3+P,代入数据有P售=408kW,C正确。故选C。 第四章电磁振荡与电磁波 1.电磁振荡 探究点1电磁振荡的产生及能量变化 要点归纳 1.(1)周期性(2)振荡电流 (3)①12放电阻碍减少最大②阻碍充电增 加最大 (4)电容器电荷量场强电流 2.(1)磁场能磁场能(2)电场能电场能 (3)补偿振幅不变 判断正误 (1)V(2)V/(3)V(4)V(5)V 例1：B电路中电流减小，磁场能向电场能转化，即电容器处于 充电状态，B正确；由线圈中磁场方向可知，回路中电流方向 为顺时针方向，所以电容器上极板带正电，A错误；电容器充 电过程中，极板间电场强度正在增大，C错误：线圈中电流减 小，磁通量减小，磁通量变化率增大，D错误。 例2：ACD在t1时刻，电容器极板上电荷量9为最大值，两板间 电场能最大，线圈中磁场能最小，故A正确；在t,~t2时间内， 电容器极板上电荷量g从正的峰值降为零，电场能不断地转 变为磁场能，电路中的电流不断增大，故B错误；在2~t3时 间内，电容器极板上电荷量9不断增大，表明电容器正在反向 充电，故C正确；在t4时刻，电容器放电结束，极板上电荷量 为零，电场能也为零，已全部转化为磁场能，故D正确。 2 跟踪训练1：D电容器极板间电压U=名随电容器极板上电荷 量的增大而增大，随电荷量的减小而减小。从题图乙可以看 出，在0~这段时间内是充电过程，且心>0，即4>，A 板应带正电，只有顺时针方向的电流才能使A板被充电后带 正电，同时考虑到t=0时刻电压为零，电容器极板上的电荷 量为零，电流最大，即t=0时刻，电流为负向最大，D正确。 探究点2电磁振荡的周期和频率 要点归纳 1.时间 2.次数单位时间 3.2πLC 2π√C 郎：C=五严=子时刻，根据电磁报荡的特点可知，此时 回路中电流最大，电场能全部转化为磁场能，故A错误；2= T√C:子时刻，回路中电流为零，磁场能全部转化为电场 能，故B错误：从：=0时刻到，=严=？时刻，电容器放 2 电，电路中电流从α向b流过电流表，电场能向磁场能转化， 放C正确：从1=匹=子时刻到6=m匹=时刻。 2 电容器充电，电路中电流从α向b流过电流表，磁场能向电场 能转化，故D错误。 跟踪训练2：BD根据公式f= 1一可知，要增大f,必须减小 2πWC L和C二者之积。C跟电容器所带电荷量无关，减小两极板 的正对面积、增大两极板间的距离、从两极板间抽出电介质都 可减小电容C,故选项A错误，D正确；线圈匝数变少或抽出 铁芯，L变小，f增大，故选项B正确，C错误。 素养能力提升 例4：20m/s210m/s 解析：当S拨至α时，油滴受力平衡，显然带负电；由油滴恰能 保持静止有mg=兴。 当S拨至b时，LC回路中有电流，其振荡周期T=2πC= 2×3.14×√0.1×103×10-6s=6.28×10-5s。 当t=3.14×105s时，电容器恰好反向充电结束，由牛顿第 二定徐得号+%=an 联立解得a=20m/s2。 当振荡电流最大时，两极板间无电场，油滴仅受重力作用，所 以mg=ma',a'=g=10m/s2。 2.电磁场与电磁波 探究点1电磁场 要点归纳 1.(1)电场(2)磁场 判断正误 (1)×(2)×(3)V(4)V 例1：BCDA项，图中的上图磁场是恒定的，由麦克斯韦的电磁 场理论可知周围空间不会产生电场，A是错误的；B项，图中 的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图中的磁 场是稳定的，所以B正确：C项，图中的上图是振荡的磁场，它 能产生同频率的振荡电场，C正确；D项，图中的上图是振荡 的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，故D正确。故 选BCD。 例2：BD由麦克斯韦电磁场理论和楞次定律知，当B随时间增 大时，将产生一个与。同向的电场，因小球带正电，故电场力 对小球做正功，其速率随时间增大，所需向心力的大小F向= m二也随之增大，放A错误，B正确：因B随时间增大，小球速 度v也随时间增大，故小球所受洛伦兹力F洛=qB也增大，故 D正确；洛伦兹力对小球不做功，故C错误。 探究点2电磁波 要点归纳 2.(1)垂直垂直(2)不需要(5)赫兹 判断正误 (1)×(2)×(3)V 例3：B电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，故A错 误；电磁波传播过程中也传递了能量，故B正确；麦克斯韦预 言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，故C错误；不 同波长的电磁波在真空中均以光速传播，故D错误。 例4：C根据麦克斯韦电磁场理论，恒定磁场周围不会产生电 场；均匀变化的磁场产生恒定的电场，不均匀变化的磁场周围 产生不均匀变化的电场：不均匀变化的电场周围产生不均匀 变化的磁场。B、D都能产生电磁波。 素养能力提升 例5：D电磁波与机械波的传播都既是能量的传播也是信息的 传播，故A错误；机械波分为横波和纵波，电磁波是横波，故B 错误：机械波的传播速度只取决于介质，跟频率无关，而电磁 波的传播速度不仅与介质有关，而且跟频率有关，故C错误； 机械波和电磁波都可用波长入、频率f和波速来描述，且满 足v=Af,故D正确。 3.无线电波的发射和接收4.电磁波谱 探究点1无线电波的发射 1.(1)频率(2)开放电路 2.(1)高频(2)①信号②振幅频率 判断正误 (1)V(2)V(3)×(4)V 例1：B要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，就应该提高振 荡频率f,电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开放电路。 由f= 元知，要使∫增大应减小L或C,由G=气过知。 2T LC 只有B符合题意。 例2：D声音、图像等信号要传送出去，首先要把它们转换成电 信号，这种电信号频率很低，很难直接向空间发射，必须把要 22 发射的信号“加”到高频振荡电磁波上，再发射出去，对电磁 波进行调制的原因是要把低频信号传递出去，与其辐射能量 的本领强弱、传播速度大小、波长变不变并没有关系，故A、B、 C错误，D正确。 探究点2无线电波的接收 要点归纳 1.导体接收天线 2.（1)相同(2)电谐振 4.(1)高频(2)无线电卫星(3)解调 判断正误 (1)V(2)×(3)V(4)V 例3：C收不到高频电台的信号，因此需要增加调谐电路的固有 频率，已知减少线圈匝数，会导致自感系数减小，根据f= 知，固有频率增加，所以应该减少线圈匝数，故A错 2T LC 误：电容器的动片旋出一些会引起电容减小，因此固有频率会 增加，根据公式入=号，可知频率越大，波长越小，所以电容器 的动片旋出一些后将接收到波长更小的电信号，故B错误：调 节“调频”旋钮的目的是使调谐电路的固有频率跟接收的电 磁波频率相同，故C正确：经过收音机调谐电路后还需要通过 解调才能得到我们需要的声音信号，故D错误。 跟踪训练1：A在无线电广播的接收中，首先要通过调谐选择 出所需要的电磁波，然后经高频放大后，再通过检波将音频信 号提取出来，最后再进行音频放大，故A正确。 探究点3电磁波谱 2.红外线紫外线X射线 例4：B波长越长，频率越小，按照波长逐渐变小，即频率逐渐变 大的顺序，电磁波谱可大致分为无线电波、红外线、可见光、紫 外线X射线、y射线（伽马射线），故B正确。 跟踪训练2：A由电磁波谱可知，可见光的波长一定比无线电 波的波长短，A正确；电磁波的波长和频率是连续的，没有明 显的区域界限，B错误：波长越短，越难发生明显的衍射，电磁 波谱中比X射线波长短的还有γ射线，C错误；在可见光中， 红光波长最长，D错误。 探究点4几种电磁波的主要特性和用途 要点归纳 衍射热化学透视 判断正误 (1)×(2)V/(3)×(4)× 例5：A任何物体都能发射红外线，且发射红外线的强度与温度 有关，遥感技术中就是利用了红外线探测器接收物体发出的 红外线来探测被测物体的特征，故A正确：由于无线电波不受 光照和气候的影响，可以全天候工作，因此天文学家用射电望 远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理的研究，故B错 误：雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备，发射无 线电波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至无线 电波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信 6