第4章 第1、2节 电磁振荡 电磁场与电磁波（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

该高中物理课件聚焦电磁振荡与电磁波，系统涵盖电磁振荡的产生及能量变化、周期频率计算、电磁场与电磁波等核心内容，通过LC振荡电路实验导入，衔接电磁感应知识，结合图像分析电流、电荷量变化规律，构建从电磁现象到电磁波传播的知识支架。 其亮点在于融合物理观念（场的统一性）、科学思维（图像分析与公式推导）和科学探究（实验设计与现象解释），如通过i-t、q-t图像解析能量转化，结合麦克斯韦理论分析电磁波产生，辅以分层练习题。学生能深化对电磁规律的理解，教师可借助系统资料提升教学效率。

第四章　电磁振荡与电磁波 必修第一册 选择性必修第二册 电磁振荡　电磁场与电磁波 (强基课——逐点理清物理观念) 第 1、2 节 课标要求 学习目标 1.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学的统一性追求。 2.通过实验，了解电磁振荡。 1.知道电磁振荡、电磁波的概念。 2.会应用麦克斯韦的电磁场理论判断感应电场和感应磁场。 3.通过实验探究电磁振荡的规律。 4.会解释日常生活中电磁波的产生与屏蔽现象。 逐点清(一)　电磁振荡的产生及能量变化 逐点清(二)　电磁振荡的周期和频率 01 02 CONTENTS 目录 逐点清(三)　电磁场与电磁波 课时跟踪检测 03 04 逐点清(一)　电磁振荡的产生及能量变化 一、电磁振荡的产生 1.要产生持续变化的电流，可以通过______和_________组成的电路实现。 2.振荡电流：______和______都做周期性迅速变化的电流。 3.振荡电路：产生振荡电流的电路。 4.LC振荡电路：由电感线圈L和_________组成的电路，就是最简单的振荡电路。 多维度理解 线圈 电容器 大小 方向 电容C 5.电磁振荡：在整个过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在_______地变化着。这种现象就是电磁振荡。 周期性 二、电磁振荡中的能量变化 1.能量变化过程 (1)电容器刚要放电时：电场最强，电场能________。 (2)开始放电后：电场能 _______能。 (3)放电完毕：电场能为零，磁场能________。 (4)反向充电：磁场能 ________能。 (5)反向充电完毕：电场能________。 最大 磁场 最大 电场 最大 2.等幅振荡 振荡电路中的能量会逐渐减小，适时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡。 3.LC振荡电路及电流、电荷量的变化图像(如图所示) 4.板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(如图所示) u、EE规律与q⁃t图像相对应；EB规律与i⁃t图像相对应。 注意：自感电动势E的变化规律与q⁃t图像相对应。 1.判断下列说法是否正确。 (1)在LC振荡电路中，电流值最大时，磁场能最大。( ) (2)在LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中磁场能最小。( ) (3)振荡电流的大小和方向均不断变化。( ) 全方位练明 √ × √ 2.(2025·甘肃白银阶段练习)金属探测仪内部电路可简化为线圈与电容器构成的LC振荡电路。某时刻电流方向和电容器极板间电场方向如图所示，在该时刻，下列说法正确的是 (　　) A.电路中的电流正在减小 B.a点电势比b点电势低 C.电容器所带电荷量正在减小 D.电容器两极板间的电场能正在转化为线圈的磁场能 √ 解析：根据电路中电流方向和电容器极板间电场方向可知，该时刻电容器正在充电，电容器所带电荷量正在增大，电路中电流正在减小，线圈的磁场能正在转化为电容器两极板间的电场能，故A正确，C、D错误。根据电容器极板间电场方向可知，该时刻电容器上极板带正电，下极板带负电，上极板电势高于下极板电势，a点和b点分别与电容器上、下极板相连，所以a点电势比b点电势高，B错误。 3.(2025·四川攀枝花期末)如图所示是LC振荡电路和通过电路中P点的电流i随时间t变化的规律。若规定通过P点向左为电流的正方向，则下列说法中正确的是 (　　) A.在0~t1时间内，电容器C正在放电 B.在t1~t2时间内，电容器C上极板带负电 C.在t2~t3时间内，磁场能在向电场能转化 D.在t3~t4时间内，P点电势比Q点电势高 √ 解析：由题图乙可知，在0~t1时间内，电流正在减小，电容器C正在充电，故A错误；在t1~t2时间内，电流正在负向增大，电容器C正在放电，且电流方向为顺时针，所以电容器C上极板带正电，故B错误；在t2~t3时间内，电流正在减小，电容器C正在充电，磁场能在向电场能转化，故C正确；在t3~t4时间内，电流正在正向增大，电容器C正在放电，且电流方向为逆时针，电容器C下极板带正电，所以P点电势比Q点电势低，故D错误。 逐点清(二)　电磁振荡的周期和频率 1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化_______的时间。LC振荡电路的周期公式T=__________。 2.频率：电磁振荡完成周期性变化的______与所用时间之比，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。LC振荡电路的频率公式f=_________。式中周期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)。 多维度理解 需要 2π 次数 [典例]　(多选)如图所示的电路中，自感线圈的 自感系数为L，电容器的电容为C，电源电动势为 E，现将开关S由1扳到2，从这一时刻起 (　　) A.经历时间时，回路中的磁场能达到最大值 B.经历时间π时，回路中的磁场能达到最大值 C.在0~周期的时间内，电容器放电的电荷量为CE D.在0~周期的时间内，电容器放电的平均电流为 √ √ √ [解析]　开关由1扳到2，电容器开始放电，该电路的振荡周期T=2π，经历时间t==时，回路中电流最大，磁场能最大，A正确；经历时间t'=π=时，回路中电流为零，磁场能为零，B错误；放电瞬间，电容器带电荷量q=CE，经过周期的时间放电结束，电荷量全部放出，C正确；电容器放电的平均电流===，D正确。 1.为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法可采取的是 (　　) A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯 B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数 C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯 D.减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数 全方位练明 √ 解析： LC振荡电路的频率公式f=，由此公式可知增大固有频率f的方法是减小L或减小C或同时减小L和C。由电容器电容公式C=可知，若电容器两极板的正对面积增大，则C增大，正对面积减小，则C减小；若电容器两极板间的距离减小，则C增大，距离增大，则C减小。在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数，则L增大；减小线圈的匝数，则L减小。综上分析可知只有D正确。 2.在LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到0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 ，其电容器上的带电荷量从最大值变化到0的最短时间t=，故t= ，故B正确。 逐点清(三)　电磁场与电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生_______。 (2)变化的电场产生_______。 (3)电磁场：变化的电场和磁场总是_____________的，形成一个不可分割的统一体。 多维度理解 电场 磁场 相互联系 2.电磁波 (1)定义：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成电磁波。 (2)特点： ①电磁波可以在真空中传播。 ②电磁波在真空中的传播速度等于光速c。电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为：c=λf。 ③光是一种电磁波。 ④电磁波是横波，其电场方向与磁场方向相互垂直，且二者均与传播方向垂直。 (3)赫兹用实验证实了电磁波的存在，并观察到电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 1.判断下列说法是否正确。 (1)我们看到的电视直播节目，声音和画面基本同步，表明声波和光波传播速度十分接近。( ) (2)电磁波在任何介质中传播速度都相同，机械波的速度大小取决于介质。( ) (3)电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波沿与二者垂直的方向传播。( ) 全方位练明 × × √ 2.根据麦克斯韦电磁场理论，以下说法中正确的是 (　　) A.电场一定能产生磁场，磁场一定能产生电场 B.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场 C.周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场 D.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场 √ 解析：稳定的电场不能产生磁场，稳定的磁场不能产生电场，A、B错误；根据麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，C正确，D错误。 3.(多选)下列关于电磁波的说法正确的是 (　　) A.变化的磁场能够在空间产生电场 B.电磁波在真空和介质中传播的速度相同 C.电磁波既可能是横波，也可能是纵波 D.电磁波的波长、波速、周期的关系为v= √ √ 解析：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，这是麦克斯韦电磁场理论的两大支柱，A正确；电磁波在真空和介质中传播的速度不相同，在真空中传播的速度最大，B错误；电磁波在传播时，电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，电磁波是横波，C错误；电磁波的波长、波速、周期的关系为v=，D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1.如图所示是空间中某磁场的磁感应强度B随时间t变化的图像，在它周围空间产生的电场中的某一点的电场强度E应是 (　　) A.逐渐增强 B.逐渐减弱 C.不变 D.无法确定 √ 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 解析：由题图可知，磁场的磁感应强度均匀增强，根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场产生恒定的电场，即电场强度E不变，C正确，A、B、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 2.(多选)关于电磁场理论，下列说法中正确的是 (　　) A.变化的电场周围产生的磁场一定是变化的 B.变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的 C.均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的 D.振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：变化的电场产生磁场有两层含义：①均匀变化的电场产生恒定的磁场；②非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡电场产生同频率的振荡磁场；均匀变化的磁场产生恒定的电场。故B、D正确，A、C错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 3.(2025·广州阶段练习)“中国天眼”位于贵州的大山深处，是500 m口径球面射电望远镜(FAST)。它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是 (　　) A.麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波 B.电磁波在真空中传播的速度为3×108 m/s C.普朗克通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论 D.紫外线的波长比红外线长 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：麦克斯韦认为周期性变化的电场能激发出周期性变化的磁场，空间将产生电磁波，故A错误；电磁波在不同介质中的传播速度不同，其在真空中传播的速度为3×108 m/s，故B正确；赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，故C错误；紫外线的波长比红外线短，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 4.(2025·武汉期中检测)如图所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，则 (　　) A.若仅增大线圈的自感系数，振荡频率增大 B.若仅减小电容器的电容，振荡频率减小 C.若i正在减小，则线圈两端电压在增大 D.若i正在增大，此时A板带正电 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：根据f=可知，若仅增大线圈的自感系数，振荡频率减小；若仅减小电容器的电容，振荡频率增大，故A、B错误。若i正在减小，则线圈的磁场能正在减小，电容器中的电场能正在增大，电容器正在充电，电容器两极板所带电荷量增大，根据C=可知，线圈两端电压在增大，故C正确。若i正在增大，则线圈的磁场能正在增大，电容器中的电场能正在减小，电容器正在放电，由题图所示电流方向可知，此时A板带负电，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 5.(2025·山东济宁期末)如图甲所示，在LC振荡电路实验中，多次改变电容器的电容C并测得相应的振荡电流的周期T。以C为横坐标、T2为纵坐标，将测得的数据标示在坐标纸上并用直线拟合数据，如图乙所示，由图像可得线圈的自感系数约为 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 A.0.038 H B.0.375 H C.2.67 H D.26.7 H 解析：根据T=2π，可得T2=4π2LC，T2⁃C 图像的斜率为k=4π2L=，可得L≈0.038 H，故选A。 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 6.如图所示，LC振荡电路的电感L不变，电容C可调，要使振荡频率从700 Hz变为1 400 Hz。则可以采用的办法是 (　　) A.把电容C增大到原来的4倍 B.把电容C增大到原来的2倍 C.把电容C减小到原来的 D.把电容C减小到原来的 √ 解析：由f=知，电感L不变，振荡频率变为原来的2倍时，则电容C应减小到原来的，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 7.(多选)电磁波与机械波相比较，下列说法正确的是 (　　) A.电磁波传播不需要介质，机械波需要介质 B.电磁波在任何介质中传播速度都相同，机械波在同一介质中传播速度相同 C.电磁波和机械波都不能产生干涉 D.电磁波和机械波都能产生衍射 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：电磁波的传播不需要介质，而机械波的传播需要介质，所有电磁波的传播速度只有在真空中才相同，在其他介质如玻璃中则不相同，而不同的机械波即使在同种介质中传播，速度一般也不相同，电磁波和机械波都能发生干涉和衍射现象，A、D正确，B、C错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 8.(2025·新疆开学考试)(多选)学习了自感、互感后，某同学设计了如图所示的“呼吸灯”电路。电路中电源为两节干电池，A、B是规格相同、额定电压均为2.5 V的灯泡，L是自感系数较大、电阻可以忽略不计的线圈，C是电容较大的电容器。闭合开关，待电路稳定后突然断开开关，两灯开始“呼吸”，下列说法正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 A.闭合开关S的瞬间，A灯先亮 B.电流稳定后，A灯亮，B灯熄灭 C.电流稳定后断开开关S的瞬间，电容器开始充电 D.自感系数L越大，电容C越大，“呼吸灯”的频率越低 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：闭合开关S的瞬间，电容器C进行充电，B灯立刻变亮，线圈L对电流变化有阻碍作用，A灯慢慢变亮，电流稳定后，电容器C所在支路相当于断路，B灯熄灭，故A错误，B正确；电流稳定后断开开关S的瞬间，电容器的放电电流和线圈的自感电流方向相同，因此电容器先放电，故C错误；根据LC振荡电路周期T=2π，可知自感系数L越大，电容C越大，则周期越大，又f=，则“呼吸灯”的频率越低，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 9.(2025·四川德阳期末)5G自动驾驶是基于 5G通信技术实现网联式全域感知、协同决策与智慧云控，5G网络使用的无线电波通信频率是 3.0 GHz 以上的超高频段和极高频段，比4G(通信频率在0.3 GHz~3.0 GHz间)拥有更大的带宽，则下列说法正确的是 (　　) A.麦克斯韦通过自制的实验装置证实了电磁波的存在 B.在真空中5G信号比4G信号传播得更快 C.发射5G信号的LC振荡电路比发射4G信号的LC振荡电路的自感系数更大 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 D.5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更加密集的基站 解析：麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过自制的实验装置证实了电磁波的存在，故A错误；在真空中5G信号与4G信号传播得一样快，故B错误；5G信号比4G信号频率高，根据f=可知，发射5G信号的LC振荡电路的自感系数更小，故C错误；因5G信号的频率比4G信号更高，则波长比4G信号更小，则5G信号比4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更加密集的基站，故D正确。 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 10.(2025·浙江温州阶段检测)图甲为智能停车位，车位地面预埋有自感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路。当车辆靠近自感线圈L时，相当于在线圈中插入铁芯，使自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率变化。智能停车位计时器根据振荡电流频率变化，进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 A.t2时刻电容器C所带电荷量为零 B.t1~t2时间内，线圈L中磁场能在增大 C.t1~t2时间内，线圈L的自感电动势在增大 D.汽车正驶离智能停车位 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：由题图乙可知，t2时刻电流为零，此时电容器C所带电荷量最大，故A错误；t1~t2时间内，电流逐渐减小，电容器充电，磁场能向电场能转化，线圈L中磁场能在减小，故B错误；t1~t2时间内，电流的变化率越来越大，根据E=L可知，线圈L的自感电动势在增大，故C正确；由题图乙可知，振荡电路的周期变大，根据T=2π 可知线圈的自感系数变大，则汽车正驶入智能停车位，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 11.(2025·浙江杭州阶段测评)为了测量物体的位移，将与被测物体固定连接的电介质板插入平行金属板电容器C中，电容器C可通过开关S与电感线圈L或电源相连，如图所示。当开关S从a拨到b时，由电感线圈L和电容器C构成的回路中产生振荡电流。通过检测振荡电流的频率变化，可以推知被测物体的位移。关于此装置，下列说法正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 A.电源电动势越小，则振荡电流的频率越低 B.当电容器中电荷量最大时，电路中的电流也最大 C.当电感线圈L的自感电动势最大时，电容器中电场能最大 D.检测到振荡电流的频率增加，说明被测物体向左运动 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：振荡电流的频率f=，则振荡电流的频率与电源电动势无关，故A错误；由LC振荡电路的规律可知，当电容器中电荷量最大时，电路中的电流为零，故B错误；当电感线圈L的自感电动势最大时，电容器正好充电完毕，电容器中电场能最大，故C正确；检测到振荡电流的频率增加，则电容减小，根据 C=可知，电介质板被拔出，说明被测物体向右运动，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 12.(多选)图甲所示的LC振荡电路中电容器的电容为40 μF，图乙为电容器的电荷量q随时间t变化的图像，t=0时刻，电容器的M极板带正电。下列说法中正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 A.图甲中线圈的自感系数L=0.01 H B.0~t1时间内，线圈的磁场能不断增大 C.M、N极板之间的最大电压为50 V D.t1~t2时间内，电容器的N极板带正电 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：由题图乙可知T=4π×10-3 s，由公式T=2π，可得线圈的自感系数为L==0.1 H，故A错误；由题图乙可知，0~t1时间内，电容器的电荷量减小，电容器内电场能不断减小，则线圈的磁场能不断增大，故B正确；由公式C=，可得M、N极板之间的最大电压为Um==5 V，故C错误；t=0时刻，电容器的M极板带正电，0~t1时间内电容器放电，t=t1时刻电容器电荷量减小到0，则t1~t2时间内，电容器反向充电，电容器的N极板带正电，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 13.(4分)我国“嫦娥六号”探测器在进行月面软着陆和自动巡视勘察时，地面工作人员通过电磁波实现对探测器的控制。已知由地面发射器发射的电磁波的波长为λ=30 km，地面上的工作人员通过测量发现该电磁波由发射到被探测器接收所用的时间为t=1.3 s，电磁波的速度为c=3×108 m/s。则发射器与探测器之间的距离为__________m，在发射器与探测器之间相当于有__________个波长。  3.9×108 1.3×104 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析：发射器与探测器之间的距离x=ct=3.9×108 m，相当于电磁波波长的个数n==个=1.3×104个。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 14.(10分)如图所示，一LC回路的电感L=0.25 H、电容C=4 μF，在电容器开始放电时设为零时刻，上极板带负电，下极板带正电。 π取3.14，求： (1)此LC振荡电路的周期T为多少?(2分) 答案： 6.28×10-3 s　 解析：根据T=2π，可得此LC振荡电路的周期为T=6.28×10-3 s。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (2)当t=2.0×10-3 s时，电容器上极板带何种电荷?电流方向如何?(4分) 答案：正电荷　顺时针方向 解析：当t=2.0×10-3 s时，即<t<阶段，电容器反向充电，此时上极板带正电荷，电流方向为顺时针方向。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (3)如果电容器两极板间电压最大为20 V，则在前内的平均电流为多大?(结果保留一位有效数字)(4分) 答案：5×10-2 A 解析：如果电容器两极板间电压最大为20 V，则电容器的电荷量最大值为Qm=CU=8×10-5 C 则在前内的平均电流为== A≈5×10-2 A。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $