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§1 电磁振荡
高二物理（人教版2019）
选择性必修 第二册
第四章 电磁振荡与电磁波
思考与讨论：
新课引入
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，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？
一、电磁振荡的产生
新课讲授
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。
2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。
3.LC振荡电路：
当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路。
4.电磁振荡过程电量和电流的变化情况
新课讲授
放电 充电 放电 充电
q最大，u最大
i最小，B最小
t
q/i
0
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
周而复始
我们把电路中的电流、电容器极板上的电荷量、电容器的电场强度、线圈里的磁感应强度，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
时刻（时间） 工作过程 q E i B
0→T/4 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm
T/4→T/2 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0
T/2→3T/4 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm
3T/4→T 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0
新课讲授
4.电磁振荡过程电量和电流的变化情况
电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同，但它们还是具有一些共同的特点。在机械振动中，例如在单摆的振动中，位移x、速度v、加速度a 这几个物理量周期性地变化。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。
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
思考与讨论：
新课讲授
二、电磁振荡中的能量变化
新课讲授
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
下摆
重力势能能向动能转化
上摆
动能能向重力势能转化
下摆
重力势能能向动能转化
上摆
动能能向重力势能转化
周而复始
1.电磁振荡能量转化：
新课讲授
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。但实际的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。
(1)两个物理过程：
①放电过程:电场能转化为磁场能，q↓→ i↑
②充电过程:磁场能转化为电场能，q↑ → i↓
①充电完毕:磁场能向电场能转化完毕,电场能最大,磁场能最小.
②放电完毕:电场能向磁场能转化完毕,磁场能最大,电场能最小.
LC回路工作过程具有对称性和周期性,可归结为:
(2)两个特殊状态：
2.电磁振荡的特点：
新课讲授
3.两个对应关系：
（1）同步同变关系：
在LC回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能EE是同步同向变化的，即：q↓—E↓—EE↓（或q↑—E↑—EE↑）。
振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的，即：i↑—B↑—EB↑（或i↓—B↓—EB↓）。
（2）同步异变关系：
在LC回路产生电磁振荡的过程中，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是同步异向变化的，即q、E、EE↑→i、B、EB↓。
新课讲授
4.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。
（3）根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电。
新课讲授
三、电磁振荡周期和频率
1.周期和频率：
（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
（2）频率：1 s内完成的周期性变化的次数。
（3）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。
新课讲授
新课讲授
思考与讨论：
电容较大时，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。
新课讲授
三、电磁振荡周期和频率
2.LC振荡电路周期和频率的表达式
（1）周期：
单位：秒（s）
（2）频率：
单位：赫兹（Hz）
（3）改变周期的方法
L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯。
新课讲授
例题：在LC振荡电路中，线圈L的自感系数为30μH，可调电容器C的可调范围为1.7-270pF。求振荡电路的频率范围。
解：根据LC振荡电路的频率公式
此振荡电路的频率范围是1.77×106—2.65×107Hz。
新课讲授
（4）由振荡回路本身特性所决定的振荡周期和频率，叫做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。
新课讲授
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
课堂练习
【答案】B
【详解】AC．因该时刻电容器正在充电，则电流逐渐减小，电路中的磁场能在减小，故AC错误；
B．该时刻电容器正在充电，此时电容器上极板带正电，则充电时流过M点的电流方向向左，故B正确；
D．充电时，电容器两板间的电压在增大，故D错误。
故选B。
课堂练习
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
课堂练习
【答案】B
【详解】由题图知，电流正流向电容器正极，电容器正在充电，电流正在减小，磁场能转化为电场能，线圈中磁场能正在减小，电容器中的电场能正在增大。
故选B。
课堂练习
3．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
课堂练习
【答案】B
【详解】由题图可知，在t=3T/4时回路中电流为零，则回路中磁场能为零，电场能最大，说明电容器充电完毕；由图可得，在T/2—3T/4的时间内，回路中的电流为逆时针方向，即逆时针方向的电流充电，电流流向上级板，结合选项图像。
故选B。
课堂练习
4．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
课堂练习
课堂练习

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