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

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，从振荡电流和LC电路定义切入，通过i-t、q-t图像及物理量变化表格，搭建从电场磁场到电磁振荡的学习支架，帮助学生梳理知识脉络。 其亮点在于融合物理观念（能量转化）与科学思维（模型建构、科学推理），结合无线话筒应用例题、图像分析及对比表格，引导学生掌握物理量同步变化规律。采用问题驱动和实例教学，学生能深化理解，教师可提升教学针对性与效率。

第1节　电磁振荡 第四章　电磁振荡与电磁波 1.知道什么是振荡电流和振荡电路。 2.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能量转化情况。 3.知道电磁振荡的周期和频率,知道LC电路的周期和频率与哪些因素有关,并会进行相关的计算。 学习目标 目录 目 录 CONTENTS 知识点 01 随堂对点自测 02 课后巩固训练 03 目录 3 知识点 1 知识点二　电磁振荡的周期和频率 知识点一　电磁振荡的产生及能量变化 目录 4 知识点一　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。 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。 线圈 电容器 大小 方向 电容C 周期性 目录 知识点 二、电磁振荡中的能量变化 1.能量变化过程 最大 磁场能 最大 电场能 最大 目录 知识点 2.等幅振荡 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,适时地把能量补充到振荡电路中,以______能量损耗,就可以得到____________的等幅振荡。 补偿 振幅不变 目录 知识点 三、振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示) 目录 知识点 目录 知识点 四、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。 目录 知识点 五、各物理量变化情况一览表 时间 工作过程 q E i B 能量转化 0~ 放电过程 ↓ ↓ ↑ ↑ E电→E磁 ~ 充电过程 ↑ ↑ ↓ ↓ E磁→E电 ~ 放电过程 ↓ ↓ ↑ ↑ E电→E磁 ~T 充电过程 ↑ ↑ ↓ ↓ E磁→E电 目录 知识点 目录 知识点 【思考】 如图所示,将开关S掷向1,先给电容器充电,再将开关掷向2。 (1)电容器通过线圈放电过程中,线圈中的电流怎样变化?电容器的电场能转化为什么形式的能? (2)在电容器反向充电过程中,线圈中的电流如何变化?电容器和线圈中的能量是如何转化的? (3)线圈中自感电动势的作用是什么? 目录 知识点 提示　(1)电容器放电过程中,由于线圈的自感作用,放电电流不能立刻达到最大值,而是由零逐渐增大,电容器的电场能转化为线圈中的磁场能。 (2)在电容器反向充电过程中,线圈中的电流逐渐减小,线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。 (3)线圈中电流变化时,产生的自感电动势阻碍电流的变化。 目录 知识点 例1 无线话筒是LC振荡电路的一个典型应用。在LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图所示,且电容器上极板带正电,下列说法正确的是(　　) A A.电容器所带的电荷量正在逐渐增加 B.电流流向为由a到b C.极板间的电场强度正在逐渐减小 D.磁场能正在逐渐增加 解析　根据安培定则可知,电流流向为由b到a,由于电容器上极板带正电,下极板带负电,故电容器正在充电,所带的电荷量正在逐渐增加,电场强度增大,磁场减弱,磁场能正在逐渐减少,故A正确。 目录 知识点 例2 (多选)(教材P88 A组T3改编)如图所示, i－t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的关系。LC振荡电路中电流为逆时针方向表示电流为正,下列说法正确的是(　　) CD A.t＝0时刻,M板带负电,电容器的电场能最大 B.0~a时间内,电容器正在充电,磁场能转化为电场能 C.a~b时间内,电容器正在充电,磁场能转化为电场能 D.c时刻,电容器的带电荷量为零,线圈中磁场能最大 目录 知识点 解析　根据电流为逆时针方向表示电流为正,则t＝0时刻,M板带正电并开始放电,此时电容器的电场能最大,A错误;0~a时间内,电流增大,说明电容器正在放电,电场能转化为磁场能,B错误;a~b时间内,电流减小,磁场能减小,磁场能转化为电场能,电容器正在充电,C正确;c时刻,电流最大,磁场能最大,电容器放电结束,电容器的带电荷量为零,D正确。 目录 知识点 1.判断电容器是充电还是放电,一般依据电流的方向,电流由正极板流出为放电,向正极板流入为充电。 2.判断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电荷量的增减。 目录 知识点 训练 (2025·江苏卷,5)如图所示,将开关S由a拨到b,使电容器C与线圈L构成回路。以电容器C开始放电取作0时刻,能正确反映电路中电流i随时间t变化关系的图像是(　　) A 目录 知识点 解析　开关S由a拨到b,电容器和电感线圈组成闭合回路,电场能与磁场能周期性转化,形成正弦式振荡电流,由于能量损耗,该系统的能量逐渐减小,振荡电流的振幅逐渐减小,A正确。 目录 知识点 知识点二　电磁振荡的周期和频率 1.周期:电磁振荡完成一次_________变化需要的时间。 2.频率:电磁振荡完成周期性变化的______与所用时间之比叫作它的频率,数值上等于____________内完成的周期性变化的次数。 3.LC电路的周期和频率公式:T＝__________,f＝_________。 周期性 次数 单位时间 2π 目录 知识点 说明:(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。 (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。 目录 知识点 例3 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 解析　LC振荡电路的频率公式f＝,由此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。由电容器的电容公式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,减少线圈的匝数,则L减小,综上可知D项正确。 D 目录 知识点 例4 (2025·浙江金华期末)在如图所示的电路中,电容器的电容为C,电感线圈的电感为L,线圈的电阻忽略不计。原来开关S闭合,现从开关S断开的瞬间开始计时,以下说法正确的是(　　) B A.t＝0时刻,电容器的左板带负电,右板带正电 B.t＝时刻,线圈L的感应电动势最大 C.t＝π时刻,通过线圈L的电流最大,方向向左 D.t＝π时刻,电容器C两极板间的电压为零 目录 知识点 解析　没断开开关前,线圈与R串联,由于线圈的电阻不计,所以线圈两端的电压为零,电容器两极板所带的电荷量为零,此时通过线圈的电流自右向左,当断开开关时,开始给电容器充电,电流逐渐减小,经过充电电流最小,此时电容器所带的电荷量最多(左板带正电,右板带负电),线圈L的感应电动势最大,A错误,B正确;随后电容器放电,再经过T(即t＝π时刻)放电完毕,电流达到最大,从左向右通过线圈,C错误;随后再充电,经过T,充电完毕,此时电容器所带的电荷量最多,两极板间的电压最大,D错误。 目录 知识点 随堂对点自测 2 目录 D 1.(电磁振荡的产生及变化规律)关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法正确的是(　　) A.振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大 B.振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零 C.振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能 D.振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能 目录 随堂对点自测 01 02 解析　电容器放电结束瞬间振荡电流最大,电场强度为零,选项A错误;振荡电流为零时,其要改变方向,这时电流变化最快,电流变化率最大,线圈中的自感电动势最大,选项B错误;振荡电流增大时,线圈中的电场能转化为磁场能,选项C错误;振荡电流减小时,线圈中的磁场能转化为电场能,选项D正确。 目录 随堂对点自测 01 02 BD 2.(电磁振荡的周期和频率) (多选)如图所示,要增大振荡电路的频率,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 目录 随堂对点自测 01 02 解析　根据公式f＝可知,要增大f,必须减小L和C的乘积。C跟电容器所带电荷量无关,由C＝知,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A错误,D正确;将开关S从“1”位置拨到“2”位置,线圈匝数变少或在线圈中抽出铁芯,都会使L变小,故B正确,C错误。 目录 随堂对点自测 01 02 课后巩固训练 3 目录 A 基础对点练 题组一　电磁振荡的产生及能量变化 1.(2025·河北唐山高二期末)某时刻,LC振荡电路的状态如图所示(电流流向电容器带正电的极板),则下列判断中正确的是(　　) A.振荡电流在减小 B.线圈中的磁场在增强 C.电容器极板上的电荷量在减少 D.电场能在向磁场能转化 解析　由于电流流向电容器带正电的极板上,则电容器处于充电状态,极板所带电荷量增大,磁场能转化为电场能,振荡电流在减小,线圈中的磁场在减弱,故A正确,B、C、D错误。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 B 2.(2026·浙江宁波月考)LC振荡电路中,某时刻的磁场方向、电场方向如图所示,则下列说法正确的是(　　) A.此时电容器正在放电,电流方向从a到b B.此时电容器正在充电,电流方向从b到a C.该时刻电容器充电或放电都有可能 D.若线圈的电阻忽略不计,该电路中的电流可以一直等幅振荡下去 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　根据电场线方向可知下极板带正电,根据安培定则可知电路中电流的方向为逆时针方向,即电流方向从b到a,所以此时电容器正在充电,故B正确,A、C错误;若线圈的电阻不计,还有能量损失,所以该电路的能量还是在不断地减少,则电路中的电流最大值不断地减小,不会一直等幅振荡下去,故D错误。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 C 3.(2026·江西抚州高二期末)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。若规定流过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内,电容器C在放电 B.在t1~t2内,电容器C上极板带负电 C.在t2~t3内,磁场能在向电场能转化 D.在t3~t4内,P点电势比Q点电势高 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　由题图可知,在0~t1内,电流值正在减小,所以电容器正在充电,故A错误;在t1~t2内,电流值正在负向增大,所以电容器正在放电,且电流方向为顺时针方向,所以电容器C上极板带正电,故B错误;在t2~t3内,电流值正在减小,所以电容器正在充电,所以磁场能在向电场能转化,故C正确;在t3~t4内,电流值正在正向增大,所以电容器正在放电,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。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 D 4.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(　　) 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　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。由题图乙可知,在0~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,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。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 BC 题组二　电磁振荡的周期和频率 5.(多选)电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的,现发现电子钟每天要慢30 s,造成这一现象的原因可能是(　　) A.电池用久了 B.振荡电路中电容器的电容大了 C.振荡电路中线圈的电感大了 D.振荡电路中电容器的电容小了 解析　电子钟变慢,说明LC电路的振荡周期变大,根据公式T＝2π可知,振荡电路中电容器的电容变大或线圈的电感变大都会导致振荡电路的周期变大,故B、C正确,A、D错误。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 D 6.(2025·浙江6月选考,5)如图所示的LC振荡电路,能减小其电磁振荡周期的措施是(　　) 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　线圈中插入铁芯和线圈的匝数增多,均增大了自感系数L,由电磁振荡的周期T＝2π可知周期变大,故A、B错误;电容器极板间插入电介质,则相对介电常数εr增大,由电容器的电容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。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 A 7.金属探测仪在各场景广泛应用,探测仪内部的线圈与电容器构成LC振荡电路,当探测仪检测到金属物体时,探测仪线圈的自感系数会发生变化,从而引起振荡电路中的电流频率发生变化,探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响。在LC振荡电路中,某时刻线圈中的磁场方向和电容器中的电场方向如图所示。下列说法正确的是(　　) A.此时电容器中的电场能正在减小 B.此时穿过线圈的磁通量的变化率正在增大 C.若LC振荡电路中的电感减小,则其振荡周期增大 D.若自感系数L和电容C都增大到原来的2倍,则其振荡周期变为原来的 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　根据题图中磁场方向结合右手螺旋定则可知,此时电流方向由下极板通过线圈流向上极板,且下极板带正电,所以此时电容器正在放电,电容器两板间的电压正在减小,电容器中的电场能减小,线圈中磁场能增大,则电路中电流正在增大,但电流增大越来越慢,所以此时穿过线圈的磁通量的变化率正在减小,故A正确,B错误;根据T＝2π可知,若LC振荡电路中的电感减小,则其振荡周期减小,若自感系数L和电容C都增大到原来的2倍,则其振荡周期变为原来的2倍,故C、D错误。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 A 综合提升练 8.(2026·河南周口期末)如图所示的LC电路中,电容C为0.8 uF,电感L为2 mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时,极板间有一带电灰尘恰好静止,已知重力加速度为g。闭合开关S,灰尘在电容器内运动,从线圈中电流第一次达到最大时开始计时,经6π×10－5 s时,电容器内灰尘的加速度大小为(　　) A.0 B.G C.g D.2g 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　开关S断开时,极板间有一带电灰尘恰好静止,此时电容器所带电荷量最大,对带电灰尘有qE＝mg,振荡电路的周期为T＝2π＝8π×10－5 s,从闭合开关经过T线圈中电流第一次达到最大;从线圈中电流第一次达到最大时开始计时,此时电容器所带电荷量为0,经Δt＝6π×10－5 s＝T,电容器所带电荷量与刚闭合开关时完全相同,则带电灰尘受力刚好平衡,灰尘的加速度大小为0,故A正确。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 C 9.(2026·福建厦门高二期末)同学们进入高考考场时需利用手柄式金属探测仪检测违禁电子设备,如图为某款金属探测仪,该探测仪内部结构主要是由线圈与电容器构成的LC振荡电路。在LC振荡电路中,电容器C极板上的带电量q随时间t变化的规律如图所示,则该振荡电路(　　) A.LC回路的周期为0.04 s B.LC回路中电场能的周期为4×10－6 s C.2×10－6 ~3×10－6 s电容器处于放电过程 D.增大线圈自感系数L,则周期会减小 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　根据题图(b)可知,LC回路的周期为T＝4×10－6 s,故A错误;LC回路中电场能是标量,所以电场能的周期为T'＝T＝2×10－6 s,故B错误;2×10－6 ~3×10－6 s电容器极板上的电荷量减小,处于放电过程,故C正确;增大线圈的自感系数L,根据T＝2π可知周期会增大,故D错误。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 A 10.(2026·浙江杭州高二期末)如图甲所示,线圈L的直流电阻不计,闭合开关S,待电路达到稳定状态后断开开关S,LC回路中将产生电磁振荡。从开关S断开计时,线圈中的磁场能EB随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法中不正确的是(　　) A.LC电路振荡周期为2×10－3 s B.在1×10－3 s时,电容器右极板带正电 C.电容器中最大的电场能为2.5×10－2 J D.0~1×10－3 s时间内与1×10－3~2×10－3 s时间内回路中的电流方向相反 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　t＝0时刻断开开关S,电感线圈与电容器构成振荡回路,由题图乙可知,LC电路振荡周期为4×10－3 s,故A错误;当断开开关时,开始给电容器充电,经过个周期充电电流减小到最小,此时电容器所带的电荷量最多,左板带负电,右板带正电,故B正确;由能量守恒定律知电容器中最大的电场能为2.5×10－2 J,故C正确;相邻的充、放电时间内,电荷的运动方向相反,电流方向相反,故D正确。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 D 培优加强练 11. (2025·河北省承德市月考)如图所示,电容器电容C＝10－6 F,电感线圈的电感L＝10－4 H,电容器内有一个带负电的微粒,当开关S与电源相连时,带电微粒刚好静止在电容器中。t＝0时刻,让开关S与电感线圈相连,经过π×10－5 s,微粒未与电容器极板发生碰撞,重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力,此时微粒加速度大小为(　　) A.5 m/s2　 B.10 m/s2　 C.15 m/s2　 D.20 m/s2 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 解析　当开关S与电源相连时,带电微粒刚好静止在电容器中,则F电＝mg时,LC振荡电路的周期T＝2π＝2π×10－5 s,则经过π×10－5 s＝T,电容器反向充电完毕,此时上极板带负电,下极板带正电,带负电的粒子受向下的静电力,大小仍为F电＝mg,则此时F电+mg＝ma,解得a＝2g＝20 m/s2,故D正确。 07 01 02 03 04 05 06 08 09 目录 10 11 课后巩固训练 本节内容结束 THANKS (1)电容器刚放电时:电场最强,电场能______。 (2)开始放电后:电场能_________。 (3)放电完毕:电场能为零,磁场能______。 (4)反向充电:磁场能_________。 (5)反向充电完毕:电场能______。 总结　(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,即q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。 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,即i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。 (2)在LC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,即q、E、EE↑i、B、EB↓。 $