高中物理选修2步步高同步讲义 第四章 1 电磁振荡

1电磁振荡第四章电磁振荡与电磁波【学习目标】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

程中的能量转化情况.3.知道LC电路的周期和频率公式，并会进行相关的计算.【内容索引】梳理教材夯实基础探究重点提升素养随堂演练逐点落实课时对点练SHULIJIAOCAI

HANGSHIJICHU梳理教材夯实基础1一、电磁振荡的产生及能量变化1.振荡电流：大小和方向都做

迅速变化的电流.2.振荡电路：能产生

的电路.最简单的振荡电路为LC振荡电路.3.LC振荡电路电容器的放电、充电过程(1)电容器放电：由于线圈的

作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐

.放电完毕时，极板上没有电荷，放电电流达到

.该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能.周期性振荡电流自感减少最大值(2)电容器充电：电容器放电完毕时，由于线圈的

作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始

，极板上的电荷逐渐

，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷最多.该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能.4.电磁振荡的实质在电磁振荡过程中，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

，电场能和磁场能也随着做周期性的

.自感充电增多周期性地变化着转化二、电磁振荡的周期和频率1.电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次

需要的时间.2.电磁振荡的频率f：完成周期性变化的次数与所用时间之比，数值等于单位时间内完成的

的次数.如果振荡电路没有能量损耗，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的

周期和

频率.周期性变化固有周期性变化固有其中：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).判断下列说法的正误.(1)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大.(

)(2)LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大.(

)(3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少.(

)(4)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大.(

)(5)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板带最多的负电荷为止，这一段时间为一个周期.(

)即学即用√×√√×返回TANJIUZHONGDIAN

TISHENGSUYANG探究重点提升素养2一、电磁振荡的产生及能量变化图1导学探究如图1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？答案电容器放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，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，线圈中的电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？答案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)线圈中自感电动势的作用是什么？答案线圈中电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化.知识深化1.各物理量随时间的变化图像：振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能EE和磁场能EB之间的对应关系.(如图2)图22.相关量与电路状态的对应情况电路状态abcde时刻t0T电荷量q最多0最多0最多电场能EE最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能EB0最大0最大03.(1)在LC振荡回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↑).与振荡线圈有关的物理量：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↓.例1

(多选)图3是LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是A.电容器正在充电B.电感线圈中的磁场能正在增加C.电感线圈中的电流正在增大D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大√图3√√解析由题图中磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板上的电荷量和电压、电场能正在减少，而电流和线圈中的磁场能正在增加，由楞次定律可知，线圈中的自感电动势正在阻碍电流的增大，故选B、C、D.规律总结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.3.自感电动势的作用是阻碍电流的增大还是阻碍电流的减小，可依据放电电流不断增大，充电电流不断减小来判断.例2在如图4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图4√针对训练

(2020·浙江高二期末)如图5甲所示，在LC振荡电路中，其电流变化规律如图乙所示，规定顺时针方向为电流i的正方向，则图5A.0至0.5s时间内，电容器C在放电B.0.5s至1s时间内，电场能正在减小C.1s至1.5s时间内，磁场能正在减小D.1.5s至2s时间内，P点的电势比Q点的电势低√解析0至0.5s时间内，电路中电流顺时针变大，则电容器C在放电，选项A正确；0.5s至1s时间内，电路中电流顺时针减小，则电容器正在充电，电场能正在增加，选项B错误；1s至1.5s时间内，电路中电流逆时针增加，则磁场能正在增加，选项C错误；1.5s至2s时间内，电路中电流逆时针减小，电容器正在充电，此时电容器上极板带正电，即P点的电势比Q点的电势高，选项D错误.二、电磁振荡的周期和频率图6导学探究如图6所示的电路，(1)如果仅更换电感L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.(2)如果仅更换电容C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，放电时间是否相应地变长？振荡周期T是否变长？答案带电荷量增大，放电时间变长，周期变长.知识深化2.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，所以称为LC电路的固有周期和固有频率.例3

要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是A.增大电容器两极板的间距

B.升高电容器的充电电压C.增加线圈的匝数

D.在线圈中插入铁芯√升高电容器的充电电压，电容不变，B错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系数均增大，故C、D错误.返回SUITANGYANLIAN

ZHUDIANLUOSHI随堂演练逐点落实31.(电磁振荡的过程分析)(2020·四川三台中学实验学校高二月考)如图7甲所示的LC振荡电路中，t＝0时的电流方向如图中箭头所示，电容器上的电荷量随时间的变化规律如图乙所示，则A.0至0.5s时间内，电容器在放电B.0.5s至1.0s时间内，电容器的下极板

的正电荷在减少C.1.0s至1.5s时间内，Q点比P点电势高D.1.5s至2.0s时间内，磁场能正在转变成电场能1234√图7解析0至0.5s时间内，电容器带电荷量增加，则电容器在充电，下极板带正电，选项A错误；0.5s至1.0s时间内，电容器放电，则下极板的正电荷在减少，选项B正确；12341.0s至1.5s时间内，电容器反向充电，上极板带正电，电流方向与图示方向相反，则此时Q点比P点电势低，选项C错误；1.5s至2.0s时间内，电容器反向放电，则电场能正在转变成磁场能，选项D错误.2.(电磁振荡的过程分析)(2020·浙江月考)在LC振荡电路中，某时刻电容器C中的电场方向和线圈L中的磁场方向如图8所示，则此时A.电容器正在放电B.电容器两端电压正在增大C.电场能正在转化为磁场能D.回路中的电流正在变大1234√解析根据右手螺旋定则可得，电路中的电流方向沿逆时针方向，电容器上板带正电，可知电容器正在充电，两端电压正在增大，磁场能正在转化为电场能，回路中的电流正在减小，故选B.图83.(电磁振荡的周期)(多选)一个LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器电容为C，从电容器上电压达到最大值Um开始计时，则有1234√√√12344.(电磁振荡的周期)如图9所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况.由图可知，电感线圈中的电流正在_____(填“增大”“减小”或“不变”).如果电流的振荡周期为T＝10－4s，电容C＝250μF，则线圈的电感L＝______H.1234减小10－6图91234返回解析根据磁感线方向，应用安培定则可判断出电流方向，从而可知电容器在充电，电流正在减小.KESHIDUIDIANLIAN课时对点练4考点一电磁振荡的产生及能量变化1.(多选)在LC振荡电路中，若某个时刻电容器极板上的电荷量正在减少，则A.电路中的电流正在增大

B.电路中的电场能正在增加C.电路中的电流正在减小

D.电路中的电场能正在向磁场能转化基础对点练12345678910√√解析电荷量减少，则电容器放电，电场能减少，磁场能增大，电流也在增大，故选A、D.2.(多选)关于LC振荡电路中电容器两极板上的电荷量，下列说法正确的是A.电荷量最大时，线圈中振荡电流最大B.电荷量为零时，线圈中振荡电流最大C.电荷量增大的过程中，电路中的磁场能转化为电场能D.电荷量减少的过程中，电路中的磁场能转化为电场能√12345678910解析电容器电荷量最大时，振荡电流为零，A错；电荷量为零时，放电结束，线圈中振荡电流最大，B对；电荷量增大时，磁场能转化为电场能，C对；同理可判断D错.√3.(2020·四川三台中学实验学校高二期末)如图1所示，LC振荡电路的导线及自感线圈的电阻不计，在图示状态回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器C的极板A带正电荷，则该状态A.电流i正在增大B.电容器带电荷量正在增加C.电容器两极板间电压正在减小D.线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在增大√12345678910图1解析根据图示电路知，该LC振荡电路正在充电，电流在减小，磁场能转化为电场能，A错误.12345678910充电的过程，磁场能转化为电场能，电流在减小，所以线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减小，D错误.4.(多选)LC回路中电容器两端的电压u随时间t变化的关系图像如图2所示，则A.在t1时刻，电路中的电流最大B.在t2时刻，电路的磁场能最大C.从t2至t3时刻，电路的电场能不断增大D.从t3至t4时刻，电容器的带电荷量不断增多√12345678910图2√解析在t1时刻电路中电容器两端的电压最大，故两极板之间的电场最强，电场能最大，可知此时磁场能最小，故在t1时刻电路中的电流为0，故A错误；在t2时刻电路中电容器两端的电压为0，两极板之间的电场强度为0，故电场能为0，可知此时磁场能最大，故B正确；从t2至t3时刻电容器两端的电压逐渐增大，故两极板之间的电场逐渐增强，则电路的电场能不断增大，故C正确；从t3至t4时刻，电容器两端的电压逐渐减小，根据Q＝CU可知电容器的带电荷量不断减小，故D错误.123456789105.(多选)(2020·山西应县一中高三开学考试)如图3所示为LC回路中电流i随时间t变化的图像，可知A.在t1时刻，电路中的电场能最大B.从t1到t2，电容器极板上的电荷逐渐减少C.从t2到t3，电容器放电D.在t2时刻，线圈中的磁场能最小√图312345678910√解析在t1时刻，电路中的i最大，说明放电结束，此时电路中的电场能为0，磁场能最大，故A错误；从t1到t2，电路中的i减小，说明电容器正在充电，极板上的带电荷量不断增加，故B错误；12345678910从t2到t3，电路中的电流增大，说明电容器正在放电，故C正确；在t2时刻电路中电流为0，说明充电结束，则磁场能最小，故D正确.考点二电磁振荡的周期和频率6.(2020·河南南阳中学高二期末)如图4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i正在减小，线圈两端电压在增大B.若i正在增大，此时A板带正电C.若仅增大线圈的自感系数，振荡频率增大D.若仅增大电容器的电容，振荡频率增大12345678910图4√12345678910解析若i正在减小，说明磁场能转化为电场能，则线圈两端电压在增大，故A正确；若电流正在增大，则线圈中的电流从下到上，表明电容器正在放电，所以B板带正电，A板带负电，故B错误；7.(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30s，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√12345678910√8.(多选)要增大如图5所示振荡电路的频率，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√12345678910图5√12345678910线圈匝数越少或抽出铁芯，L越小，故选项B正确，C错误.9.在如图6所示的电路中，L是电阻不计的电感器，C是电容器，闭合开关S，待电路达到稳定状态后，再断开开关S，LC电路中将产生电磁振荡，如果规定电感器L中