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

第四章 电磁振荡与电磁波 第1节 电磁振荡 情境与思考 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。 电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需持续变化的的电流。 要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的电路实现。 思考：怎样才能产生这样的电流呢？ 2 3 1. 振荡电流： 大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流。 电磁振荡的产生 2. 振荡电路： 能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。 LC振荡电路： ②开关S置于2时： ①开关S置于1时： 给电容器充电。 由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路。 电磁振荡过程电荷量和电流的变化情况 q ，E i ，B 放电 充电 放电 充电 q ，E i ，B q ，E i ，B q ，E i ，B q ，E i ，B 周而复始 我们把电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在做周期性变化的这种现象叫做电磁振荡。 放电 反向 充电 反向 放电 充电 最大 = 0 = 0 = 0 = 0 最大 最大 最大 最大 最大 = 0 = 0 = 0 = 0 最大 最大 = 0 = 0 最大 最大 t q/i O t q/i O 时刻（时间） 工作过程 q E i B 0→T/4 T/4→T/2 T/2→3T/4 3T/4→T 电磁振荡过程电荷量和电流的变化情况 放电 充电 放电 充电 qm→0 0→qm qm→0 0→qm Em→0 0→Em Em→0 0→Em 0→im im→0 0→im im→0 0→Bm Bm→0 0→Bm Bm→0 放电 充电 放电 充电 t q/i O 电磁振荡过程电荷量和电流的变化情况 例1. 如图所示为LC回路中电流随时间变化的图像，规定回路中顺时针电流方向为正。在t = 3T/4时，对应的电路是下图中的( ) B 电磁振荡中的能量变化 在单摆的振动中，位移x、速度v、加速度a这几个物理量周期性地变化。 放电 反向 充电 反向 放电 充电 重力势能 转化为 动能 动能 转化为 重力势能 重力势能 转化为 动能 动能 转化为 重力势能 下摆 上摆 下摆 上摆 电场能转化为 磁场能 磁场能转化为 电场能 磁场能转化为 电场能 电场能转化为 磁场能 思考：在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化。那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的？ 在电磁振荡中，电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量也在周期性地变化。 周而复始 放电 反向 充电 反向 放电 充电 电场能转化为 磁场能 磁场能转化为 电场能 磁场能转化为 电场能 电场能转化为 磁场能 电磁振荡中的能量变化 LC振荡回路都有能量一部分能量转化为内能或者以电磁波形式辐射出去，所以振荡电流的振幅就会逐渐减小，直到停止振荡。 若无能量损失，则有电场能与磁场能交替转化： 总能量守恒＝ 电场能＋磁场能＝恒量 思考：但实际上呢？？？ 周而复始 放电 反向 充电 反向 放电 充电 电场能转化为 磁场能 磁场能转化为 电场能 磁场能转化为 电场能 电场能转化为 磁场能 电磁振荡的特点 周期性！！！ 1. 两个物理过程： ①放电： 转化为 ，q → i ②充电： 转化为 ，q → i ②充电完毕：磁场能全部转化为电场能，磁场能 ，电场能 ①放电完毕：电场能全部转化为磁场能，磁场能 ，电场能 2. 两个特殊状态： 电场能 磁场能 ↓ ↑ 磁场能 电场能 ↓ ↑ 最大 为0 为0 最大 3. 同步同变关系： ①电容器： ②线圈： 即q↓—E↓—EE↓ （或反之） 即i↑—B↑—EB↑ （或反之） 4. 同步异变关系： 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，即q、E、EE↑ → i、B、EB↓ q、E、EE同步同向变化， i、B、EB同步同向变化， 周而复始 放电 反向 充电 反向 放电 充电 电场能转化为 磁场能 磁场能转化为 电场能 磁场能转化为 电场能 电场能转化为 磁场能 LC振荡电路充、放电过程的判断方法 ①根据电流流向判断： ②根据物理量的变化趋势判断： ③根据能量判断： 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。 当电容器的带电荷量q（E、EE）增大时，处于 充电过程；反之，处于放电过程。 电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。 LC振荡电路充、放电过程的判断方法 ①根据电流流向判断： ②根据物理量的变化趋势判断： ③根据能量判断： 电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。 例1. 在理想LC振荡电路中的某时刻，电容器极板间的场强E的方向如图所示，M是电路中的一点。若该时刻电容器正在充电，据此可判断此时( ) A. 电路中的磁场能在增大 B. 流过M点的电流方向向左 C. 电路中电流正在增加 D. 电容器两板间的电压在减小 B 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。 当电容器的带电荷量q（E、EE）增大时，处于 充电过程；反之，处于放电过程。 LC振荡电路充、放电过程的判断方法 ①根据电流流向判断： ②根据物理量的变化趋势判断： ③根据能量判断： 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。 当电容器的带电荷量q（E、EE）增大时，处于 充电过程；反之，处于放电过程。 电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。 例2. 题图为发射电磁波的LC振荡电路，某时刻电路中电流方向如图所示，此时电容器的上极板带正电，下极板带负电，则下列说法正确的是( ) A. 电容器正在放电 B. 电流正在减小 C. 线圈中的磁场能正在增大 D. 电容器中的电场能正在减小 B 电磁振荡的周期和频率 振荡电路里在不受其他外界条件影响下发生无阻尼振荡时的周期和频率叫振荡 电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。 放电 充电 放电 充电 t q/i O 1. 周期( T/s )： 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2. 频率( f /Hz )： 1s内完成的周期性变化的次数。 思考：电容C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L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。 1. 周期( T/s )： 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2. 频率( f /Hz )： 1s内完成的周期性变化的次数。 L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯 3.改变周期的方法 例3. 为了测量储罐中不导电液体的高度，设计如图所示电路。电容C的两极板插入储罐的液体中，先将开关S接a，待电容器充满电后，再接b，由电感L与电容C构成的回路产生振荡电流，根据振荡电流的振荡频率变化情况确定测量储罐中液体的高度。下列分析正确的是( ) A．若电流振荡频率减小，则电容器电容减小，罐中液面下降 B．若电流振荡频率减小，则电容器电容增大，罐中液面上升 C．若电流振荡频率增大，则电容器电容减小，罐中液面上升 D．若电流振荡频率增大，则电容器电容增大，罐中液面下降 B 电磁振荡的周期和频率 18 同学们，下课！ $