第13讲 电磁振荡（解析版）-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

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知识精讲
第13 讲 电磁振荡
课程标准 课标解读
通过实验，了解电磁振荡
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．
知识点 01 电场振荡的产生及能量变化
1．振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流．
2．振荡电路：能产生振荡电流的电路．最简单的振荡电路为
LC
振荡电路．
3．
LC
振荡电路的放电、充电过程
(1)电容器放电：由于线圈的自感作用，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
极板上的电荷逐渐减少．放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到最大值．该过程电容器的电场
能全部转化为线圈的磁场能．
(2)电容器充电：电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立刻减小为零，而要保持原来的
方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始反向充电，极板上的电荷逐渐增多，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
，都在周期性地变化着，电场能和磁场能也随着做周期性的转化．
【知识拓展 1】
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．
2．相关量与电路状态的对应情况
电路状态 a b c d e
时刻
t
0
T
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
i
0 正向最大 0 反向最大 0
磁场能
EB
0 最大 0 最大 0
3.(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，且它
们的变化是同步的，也即
q
、
E
、
EE
↓―――――――→
i
、
B
、
EB
↓.
【即学即练 1】LC 振荡电路中，某时刻线圈的磁场方向如图所示，则下列说法中错误的是（　　）
A．若线圈的磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中的电流正在增大
D．若电容器正在放电，则线圈的自感电动势正在阻碍电流增大
【答案】A
【解析】AC．该题图示只给出了某时刻线圈中电流的磁场方向，由安培定则可判断出振荡电流在电路中的
方向，但未标明电容器极板的带电情况。讨论判定如下：若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器正
处于放电阶段，线圈中的电流正在增大，线圈的磁场正在增强，知 C 正确，A 错误；B．若该时刻电容器上
极板带负电，则可知电容器正在充电，线圈中的电流正在减小，知 B 正确；D．由楞次定律知，若电容器正
在放电，则线圈中的电流变大，则线圈中的自感电动势正在阻碍电流变大，D 正确。本题选说法错误的，
故选 A。
知识点 02 电磁振荡的周期和频率
1．电磁振荡的周期
T
：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间．
2．电磁振荡的频率
f
：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数．
如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率分别叫作振荡电路的固有周期
和固有频率．
3．
LC
电路的周期和频率公式：
T
＝2π，
f
＝.
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)．
【知识拓展 2】
1．
LC
电路的周期和频率公式：
T
＝2π，
f
＝.
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．
(2)使用周期公式时，一定要注意单位，
T
、
L
、
C
、
f
的单位分别是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫兹(Hz)．
(3)电感器和电容器在
LC
振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这种转换的快慢，电感
L
或电容
C
越大，
能量转换时间也越长，故周期也越长．
(4)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，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化
周期是振荡周期的一半，即
T
′＝＝π.
【即学即练 2】如图所示为一个
LC
振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断（　　）
A．
t
1时刻电感线圈两端的电压最大
B．
t
2时刻电容器两极板间电压为零
C．在
t
2~
t
3时间内，电路中的电场能不断增大
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