4.1 电磁振荡 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“电磁振荡”核心知识点，通过示波器显示振荡电压波形导入，将抽象的振荡电流可视化。基于学生已学的电容器和电感线圈知识，通过拆分放电与充电过程，用“电荷量—电流—电场能—磁场能”对照表构建学习支架，梳理能量转化规律。 此资料亮点在于融合科学探究与科学思维，通过观察波形提出问题，改变电容或自感系数实验验证周期决定因素，培养探究能力。利用电流与电荷量图像分析相位差，结合对照表明确物理量对应关系，发展推理能力。强化能量守恒观念，帮助学生突破多量变化难点，为教师提供清晰教学路径与反馈方法。

教学设计 课程名称 电磁振荡 教师姓名 授课时长 40分钟 知识点来源 学科：物理　　年级：高二　　教材版本：人教版（2019）选择性必修第二册 课题：第四章　电磁振荡与电磁波　第1节　电磁振荡 知识点描述 振荡电流与振荡电路：大小和方向都做周期性迅速变化的电流叫作振荡电流，产生振荡电流的电路叫作振荡电路。由电感线圈和电容器组成的电路是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。 振荡过程：电容器放电时，极板上的电荷逐渐减少，电流逐渐增大，电场能转化为磁场能；电容器充电时，电流逐渐减小，极板上的电荷逐渐增多，磁场能转化为电场能。 两个关键状态：放电完毕的瞬间电流最大、线圈中磁场能最大、电容器极板上电荷为零；充电完毕的瞬间电流为零、电容器中电场能最大、磁场能为零。 周期与频率：LC振荡电路的固有周期，固有频率；它们只由电路本身的自感系数和电容决定，与电容器极板的起始电荷量、极板间的电压无关。 阻尼振荡与无阻尼振荡：理想LC振荡电路中没有能量损耗，电场能与磁场能相互转化而总量守恒，形成等幅振荡（无阻尼振荡）；实际电路中总有能量损耗，振幅逐渐减小，形成阻尼振荡。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.知道振荡电流与LC振荡电路的概念，能描述电容器充放电过程中电流与电荷量的周期性变化。 2.理解电磁振荡过程中电场能与磁场能的相互转化，形成“能量守恒”的观念，知道的物理意义。 二、科学思维 1.经历由“电容器充放电”到“电磁振荡”的分析过程，体会用能量转化和守恒的观点分析周期性过程的方法。 2.能对照电流图像与电荷量图像，分析同一时刻各物理量的变化趋势，发展读图与推理能力。 三、科学探究 1.观察示波器上显示的振荡电压波形，能提出“振荡的周期由什么决定”的可探究问题。 2.能通过改变电容器的电容或线圈的自感系数，观察振荡周期的变化，用实验检验理论的判断。 四、科学态度与责任 1.通过电磁振荡在无线电通信、振荡器等技术中的广泛应用，体会物理规律对信息技术发展的支撑作用。 2.在观察与记录波形的活动中养成细致、严谨的科学态度。 教学重点 LC振荡电路中电场能与磁场能的相互转化；振荡电流与电荷量的周期性变化规律；。 教学难点 振荡过程中电流、电荷量、电场能与磁场能各量随时间变化的对应关系；从一个物理量推知同一时刻其他物理量的变化趋势。 适用对象 高二年级学生（人教版2019·选择性必修第二册） 课型 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他 教学用途 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他 设计思路 教材与学情：学生在必修三已学过电容器和电感线圈，本节把它们组合起来研究能量的周期性转化，难点是多个物理量同步变化的对应关系。 设计主线：观察波形→分析充放电过程→明确能量转化→得出周期公式→讨论阻尼与无阻尼，全程40分钟。 难点突破：把放电过程与充电过程分开讨论，每一段都同时标出“电荷—电流—电场能—磁场能”四个量的变化方向，用一张对照表把对应关系固定下来。 反馈矫正：用“电流最大时电容器上的电荷是多少”“电荷最多时线圈中的磁场能是多少”这样的追问检验学生是否真正掌握了对应关系。 教 学 过 程 环节 内 容 设计意图 一、导入新课 （约4分钟） 【情境引入】把电容器充电后接到电感线圈上，用示波器观察电路中的电压变化，屏幕上出现了一条按正弦规律衰减的曲线（图4.1-1）。 【设问】电容器和线圈中没有电源，为什么电路里会出现周期性变化的电流？这个电流能持续多久？ 图4.1-1 观察振荡电路中电压的波形 用示波器显示的波形把“看不见的振荡”变成“看得见的曲线”，为建立振荡电流的概念提供直接证据。 二、新课教学（一） （约13分钟） 1.建立概念：大小和方向都做周期性迅速变化的电流叫振荡电流，产生振荡电流的电路叫振荡电路；由电感线圈和电容器组成的电路叫LC振荡电路。 2.放电过程：开关掷向线圈一侧的瞬间，电容器刚要放电、电路中还没有电流、极板上的电荷最多；随后电容器放电，电流逐渐增大、极板上的电荷逐渐减少（图4.1-2甲 a→b）。 图4.1-2 LC振荡电路及电流、电荷量的变化 3.放电完毕：电容器放电完毕时，极板上的电荷为零，电流达到最大值，电场能全部转化为磁场能。 4.充电过程：电流继续流动给电容器反向充电，电流逐渐减小，极板上的电荷逐渐增多，磁场能又转化为电场能。 5.建立对应：把“电荷量—电流—电场能—磁场能”四个量排成一张对照表，可以看出电荷量最多时电流为零，电流最大时电荷量为零。 把振荡过程拆成“放电—放电完毕—充电—充电完毕”四段分解讲解，再用一张四量对照表把整节课的核心关系固化下来，避免学生只记住零散结论。 三、新课教学（二） （约13分钟） 1.图像分析：以时间为横轴画出振荡电流图像和电容器极板上电荷量图像，两者相位相差四分之一周期，在图像上一目了然。 2.周期公式：开关S从线圈一侧掷向电容器一侧，每次电磁振荡的时间是半个周期，因此得到，固有频率。 3.决定因素：越大、越大，充放电所需的时间越长，振荡周期也越大；周期与电容器一开始所带的电荷量、极板间的电压无关。 4.能量守恒：理想LC振荡电路中电场能与磁场能相互转化而总量保持不变，形成等幅振荡（图4.1-3）。 图4.1-3 等幅振荡 5.阻尼振荡：实际电路中由于线圈电阻和辐射等原因总有能量损耗，振幅会逐渐减小，这就是阻尼振荡；若要维持等幅振荡，需要用振荡器不断补充能量。 把电流与电荷量两条图像并排画出，学生自然能看出四分之一周期的相位差，从而理解“电流最大时电荷为零”的原因，并用公式和实验共同支撑结论。 四、巩固练习 （约6分钟） 1.状态判断：在LC振荡电路中，当电容器极板上的电荷量最大时，电路中的电流是多少？此时线圈中的磁场能是多少？ 【答】电容器极板上的电荷量最大时，电容器刚好充电完毕，电路中的电流为零；此时电场能最大、线圈中的磁场能为零，能量全部以电场能的形式储存在电容器中。 2.趋势分析：某时刻线圈中的磁场能正在增大，此时电容器是在充电还是在放电？极板上的电荷量是增多还是减少？ 【答】磁场能正在增大说明电容器正处于放电阶段，电场能转化为磁场能；此时电流正在增大，极板上的电荷量正在减少。 3.周期辨析：把LC振荡电路中电容器的电容增大到原来的 4 倍，其他条件不变，振荡周期变为原来的几倍？ 【答】由 可知，电容增大到原来的 4 倍时，周期变为原来的 2 倍。 4.能量分析：实际的LC振荡电路中振荡为什么会逐渐衰减？若要维持等幅振荡可以采取什么措施？ 【答】实际的 LC 振荡电路中线圈有电阻，电路还会向外辐射电磁波，能量不断损耗，因此振幅逐渐减小，形成阻尼振荡。要维持等幅振荡，需要用振荡器适时地补充能量。 四道题分别指向关键状态、变化趋势、周期公式和能量损耗，全面检验学生对振荡过程的理解。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识主线：振荡电流与LC振荡电路→放电与充电过程→电场能与磁场能的相互转化→→等幅振荡与阻尼振荡。 2.方法提炼：分析振荡过程时，先判断电容器处于放电还是充电阶段，再由“电荷多—电场能大—电流小”的对应关系推断其他物理量的变化趋势。 3.作业布置：完成教材“练习与应用”1～4题。 以“一个电路、一对能量、一条对应表”小结本节，要求学生用一句话说清“为什么电荷最多时电流反而为零”。 课堂作业（典型题3道） 题1．(多选)如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的曲线，由图可知(　　) A.在时刻，电路中的磁场能最小 B.在～时间内，电路中的电流值不断变小 C.在～时间内，电容器正在充电 D.在时刻，电容器中的电场能最小 题2．(多选)如图甲所示的LC振荡电路中，把通过P点向右的电流方向规定为电流的正方向，通过P点的电流变化规律如图乙所示，则(　　) A.0.5 s至1.0 s时间内，电容器在充电 B.0.5 s至1.0 s时间内，电容器的上极板带正电 C.1.0 s至1.5 s时间内，Q点比P点电势高 D.1.0 s至1.5 s时间内，磁场能正在转化为电场能 题3．如图所示，为LC振荡电路中电容器极板上所带电荷量随时间变化的q－t图像，下面判断正确的是(　　) 时刻，振荡电路中的电流最大 时刻，电容器C两极板间电势差最大 时刻电感线圈中磁场的磁感应强度正在减小 D.从到过程中，磁场能逐渐转化为电场能 参考答案 题1．ACD 在时刻，电容器极板上电荷量q为最大值，两板间电场能最大，线圈中磁场能最小，选项A正确；在～时间内，电容器极板上电荷量q从正的峰值降为零，电场能正在不断地转变为磁场能，电路中的电流正在不断增大，选项B错误；在～时间内，电容器极板上电荷量q又不断增大，表明电容器正在反向充电，选项C正确；在时刻，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，选项D正确。 题2．AC 由图乙可知，在0.5 s至1 s内， 电路电流在减小，电容器C正在充电，故A正确；由图乙可知，在0.5 s至1 s内，电流是正的，即经过P点的电流向右，由于电路中做定向移动的带电粒子是带负电的电子，因此在该时间段内，电子经过P点向左移动，因此电容器上极板带负电，故B错误；由图乙可知，在1 s至1.5 s内，通过电感线圈的电流向上，且增大，电感线圈产生自感电动势，由楞次定律可知，电感线圈下端电势高，上端电势低，即Q点比P点电势高，故C正确；由图乙可知，在1 s至1.5 s内， 电路电流增大，磁场增大，磁感应强度变大，电路处于放电过程，电场能转化为磁场能，故D错误。 题3．C 在时刻，电路中的q最大，说明还没放电，所以电路中无电流，则磁场能最小，故A错误；在到时刻电路中的q不断减小，说明电容器在不断放电，在时刻，电容器C电荷量刚好为零，则两极板间电势差最小，故B错误；在到时刻电路中的q不断增加，说明电容器在不断充电，磁场能减小，电场能增加，则时刻电感线圈中磁场的磁感应强度正在减小，故C正确；从到过程中，电场能逐渐转化为磁场能，故D错误。 教学反思 1.电流、电荷量、电场能、磁场能四个量的对应关系是本节的难点，宜用对照表的形式固化，便于学生反复对照。 2.学生容易把“振荡周期与起始电压有关”当作常识，需要用实验和公式双重说明周期只由、决定。 3.等幅振荡与阻尼振荡的区别不必展开过多，重点是让学生明白能量损耗是振幅减小的原因。 8 学科网（北京）股份有限公司 $