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

该高中物理课件聚焦电磁振荡的产生、能量转化及周期频率公式，通过“观察与思考”播放视频引发波形图变化的疑问，衔接电路基础，以充放电过程分析为支架，结合表格梳理电荷量、电流等物理量变化规律。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，视频观察驱动问题，表格对比建构电磁振荡模型，例题选用高考真题强化推理。课堂小结系统梳理公式，助学生深化能量观念，教师可借结构化资料提升教学效率。

1 电磁振荡 第四章 电磁振荡与电磁波 知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程，知道电磁振荡过程中的能量转化情况。 知道什么是振荡电流和振荡电路。 02 01 重难点 03 知道LC振荡电路的周期和频率公式，并会进行相关的计算。 电磁振荡的产生及能量变化 01 为什么会出现这样的变化波形图？ 【点击图片 播放视频】 公司logo 公司logo 观察与思考 － － － － L C ＋ ＋ ＋ ＋ i＝0 qm im q＝0 q＝0 im ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － i＝0 qm 放电 q↓ i↑ 放电 q↓ i↑ 反向 充电 q↑ i↓ 充 电 q↑ i↓ 周期性的变化 电磁振荡的产生 公司logo 公司logo 核心知识 如图所示，将开关S掷向1接线柱，先给电容器充电，再将开关S掷向2接线柱。以S接通2接线柱这一刻为t=0时刻。得到a、b、c、d、e所示的一个周期的充、放电过程的几个主要状态示意图。完成下列表格。   电容器充电 完毕   电容器放电完毕   电容器反向充电完毕   电容器反向放电完毕   电容器正向充电完毕 (1)试分析一个周期内电路中电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、自感线圈中的电流i以及线圈里的磁感应强度B的变化规律，完成表格。 时间 工作过程 各量的变化规律 q E i B 能量的 转化方向 0→(a→b) 放电过程           →(b→c) 充电过程           →(c→d) 放电过程           →T(d→e) 充电过程           Em→0 0→Em 0→im 0→Bm im→0 Bm→0 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 qm→0 0→qm E电→E磁 E磁→E电 (2)电容器充电过程中振荡电流越来越小，放电过程中振荡电流越来越大，为什么？ 答案　从能量守恒角度看，电容器充电时，磁场能向电场能转化，磁场会越来越弱，所以自感线圈中产生磁场的电流也会逐渐减弱；反之，电容器放电时，电场能向磁场能转化，所以自感线圈中产生磁场的电流也会增强。 i o (b) (c) (a) (d) (e) t 电路中电流的变化过程 （逆时针为正） (3)请画出电流(以逆时针方向为正)、电荷量(上极板)随时间变化的图像。 电容器所带电量的变化过程 q o (b) (c) (a) (d) (e) t （以上极板为正） 电磁振荡的产生 (3)LC振荡电路： (1)振荡电流： 大小和方向都做周期性变化的电流。振荡电流实际上是指频率很高的交变电流。 (2)振荡电路： 能产生振荡电流的电路。 由线圈L和电容器C组成的电路是最基本的振荡电路。 (4)电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流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，都在周期性地变化。这种现象就是电磁振荡。 公司logo 公司logo 核心知识 q最大，u最大 i最小，B最小 q最小，u最小 i最大，B最大 q最大，u最大 i最小，B最小 q最小，u最小 i最大，B最大 q最大，u最大 i最小，B最小 放电 反向充电 反向放电 充电 电场能向磁场能转化 磁场能向电场能转化 电场能向磁场能转化 磁场能向电场能转化 磁 场 能 电 场 能 电磁振荡的能量变化 t 0 公司logo 公司logo 核心知识 电磁振荡的能量变化 (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，电场能转化为磁场能， 在放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能。 + - 放电 电场能 磁场能 转化 公司logo 公司logo 核心知识 (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，磁场能逐渐转化为电场能， 到反方向充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为电场能。 电磁振荡的能量变化 + - 充电 电场能 磁场能 转化 公司logo 公司logo 核心知识 (3)实际的LC振荡电路能量：任何电路都有电阻，电路中总会有一部分能量转化为内能，另外还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。 电磁振荡的能量变化 公司logo 公司logo 核心知识 (2)无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡将永远持续下去，振荡电流的振幅永远保持不变。无阻尼振荡中电流随时间变化的图像如图(b)所示。 (1)阻尼振荡：振荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐减小，直到停止振荡。阻尼振荡电流随时间变化的图像如图(a)所示。 阻尼振荡 公司logo 公司logo 核心知识 1.(2025·乐山市高二期末)如图所示的LC振荡电路中，已知某时刻电路中电流i的方向且电流正在减小，则可推断出 A.电容器C正在放电 B.电容器C上极板带正电 C.电场能正在转化为磁场能 D.线圈L两端电压正在增大 √ 已知某时刻电路中电流i的方向且正在减小，电容器C正在充电，电容器C下极板带正电，磁场能正在转化为电场能，电容器两板间电压正在增加，即线圈L两端电压正在增大，故选D。 例题 2.在电磁振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小。 1.在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中 与电容器有关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的。 与线圈有关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的。 q↓→E↓→EE↓或q↑→E↑→EE↑ i↓→B↓→EB↓或i↑→B↑→EB↑ q、E、EE↑ i、B、EB↓。 公司logo 公司logo 总结提升 2.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，则电路中振荡电流随时间变化的图像是 √ 公司logo 公司logo 针对训练 电容器极板间电压U=，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UAB>0，即φA>φB，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，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，故D正确。 (3)根据能量判断：电场能增加时，处于充电过程；磁场能增加时，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，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。 公司logo 公司logo 总结提升 3.(2024·成都树德中学高二期中)一同学利用DIS数字模拟传感器研究LC振荡电路，分别测量了回路中的电流i、电容器的电荷量q、自感线圈中的磁感应强度B随时间t变化的图像，如图所示， 下列说法正确的是 A.图像1一定是q-t图像 B.图像2可能是i-t图像 C.在该电路发生的阻尼振荡中，最终能量全部以电磁波的形式损耗了 D.0~t0内，电路中一定是电场能转化为磁场能 √ 例题 根据电磁振荡规律，LC振荡电路在放电时电场能转化成磁场能，电容器的电荷量q逐渐减小，回路中的电流i、自感线圈中的磁感应强度B逐渐增大。充电时，磁场能转化成电场能，电容器的电荷量q逐渐增大，回路中的电流i、自感线圈中的磁感应强度B逐渐减小。故图像2一定是q-t图像，故A、B错误，D正确； 回路中有电阻，在该电路发生的阻尼振荡中，最终能量一部分以内能的形式损耗，一部分以电磁波的形式损耗，故C错误。 电磁振荡的周期和频率 02 1.周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期；1 s内完成周期性变化的次数叫作频率。 2.固有周期和固有频率：振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫作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。 电磁振荡的周期和频率 公司logo 公司logo 核心知识 3.LC振荡电路的周期和频率公式 电磁振荡的周期和频率 T＝2π f＝ T——秒(s) f——赫兹(Hz) L——亨利(H) C——法拉(F) 各物理量单位： 公司logo 公司logo 核心知识 (2)电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC振荡电路的振荡周期T＝2π，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T＝2π；而电场能、磁场能变化周期是振荡周期的一半，即T'＝ ＝π。 (1)LC振荡电路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关。 电磁振荡的周期和频率 公司logo 公司logo 核心知识 如图所示的电路， (1)如果仅更换电感L为更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期T会怎样变化？ 答案　自感电动势更大，“阻碍”作用更大，周期变长。 公司logo 公司logo 思考与讨论 (2)如果仅更换电容C为更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将 开关掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否变长？振荡周期是否变长？ 答案　带电荷量增大，放电时间变长，周期变长。 公司logo 公司logo 思考与讨论 4.(2025·浙江6月选考)如图所示的LC振荡电路，能减小其电磁振荡周期的措施是 √ 例题 线圈中插入铁芯和线圈匝数增加，自感系数L都变大，由T=2π可知，周期变大，故A、B错误； 电容器极板间插入电介质，即增大εr，由C=可知电容变大，由T=2π可知周期变大，故C错误； 电容器极板间距d增大，由C=可知电容变小，由T=2π可知周期变小，故D正确。 5.(多选)(2025·成都玉林中学高二期中)如图所示为参展的某个智能玩具内的LC振荡电路部分，电路中线圈自感系数L=0.25 H，电容器的电容C=4 μF，现使电容器上极板带正电，下极板带负电，从接通开关S时开始计时。则下列说法正确的是(取π=3) A.当t=1×10-3 s时，电路中电流方向为逆时针方向 B.当t=1.5×10-3 s时，电场能达到最大 C.当t=2×10-3 s时，电场能正转化为磁场能 D.当t=3×10-3 s时，电容器上极板带负电 √ √ 例题 由周期公式T=2π，得LC振荡电路的固有周期为T=2π s =6×10-3 s，由于t=1×10-3 s<T，所以当t=1×10-3 s时，电容器正在放电，电路中电流方向为逆时针方向，故A正确；由于t=1.5×10-3 s=T，所以当t=1.5×10-3 s时，电容器放电结束，电场能为零，故B错误；由于T<t=2×10-3 s<T，所以当t=2×10-3 s时，电容器正在反向充电，磁场能正转化为电场能，故C错误；由于t=3×10-3 s=T，所以当t=3×10-3 s时，电容器刚好反向充满电，所以上极板带负电，故D正确。 电磁振荡的产生 振荡周期和频率 振荡规律 电磁 振荡 T＝2π f＝ 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $