《人教版（2019）高中物理选择性必修第二册导学单》4.1 电磁振荡

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第四章 电磁振荡和电磁波
4.1 电磁振荡
【学习目标】
1. 了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念
及通过电磁波体会电磁场的物质性。
2. 体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的意义。
3. 通过对电磁振荡的实验观察,体会 LC 电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程
及其相关物理量的变化情况,了解电磁波的产生过程。
4. 了解 LC 振荡电路固有周期和固有频率的公式,了解实际生产、生活中调节振荡电路频率
的基本方法。
【开启新探索】
电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，极大地改变了人们的生活，开阔了我们
的视野。那么如何产生持续的电磁波呢？
同机械波一样，要产生持续的机械波，就要有一直振动的波源。要产生持续的电磁波，
需要有持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢?
【质疑提升 1】电磁振荡电路、电磁振荡电流
1. 要产生持续变化的电流，可能通过振荡电路实现。那么振荡电路是怎样构
成的？
2. 阅读课本 P69，先将开关置于电源一侧，为电容器充电。稍后再把开关置于线圈
一侧，使电容器通过线圈放电。通过设备观察电容顺两端的电压的波形图如图所
示，从图中可以看出，电容器通过线圈放电时两端的电压有怎样的特点？
3. 什么是振荡电流？什么是振荡电路？
（1）振荡电流：电路中的电压发生 的变化，电路中的电流也发生 的
变化， 像这样，电路中产生 和 都做 迅速变化的电流，称振
荡电流。
（2）振荡电路：产生 电流的电路叫振荡电路。
（3）LC 振荡电路：若振荡电路是由 和 组成的电路，称 LC 振荡
电路。该电路是最简
单的振荡电路。
4. 在开关置于线圈一侧的
瞬间，电容器就开始放电，
分析以下情况电路中各物
理量的变化情况。
（1） 开始放电时，电容器的两极板间电压 ，电荷 。线圈的电流为 。
（2） 放 电 过 程 中 ， 由 于 线 圈 的 自 感 作 用 ， 放 电 电 流 的 大 小
，导线中的电流方向由 板板到 极板。同时电容器极板上的电荷 ，
极板电压 。
（3） 放电完毕时，极板上的电荷为 ，电压为 。放电电流达到 。
5.电容器放电完毕后，线圈的电流立即为零吗？分析以下情况电路中各物理量的变化情况。
（1） 放电完毕时，由于线圈的自感作用，虽然极板电压为 ，但电流并不立即减小到
，而保持原有的电流大小、方向继续流动。
（2） 反向充电过程中，由于电流的继续流动，电容器 ，但电容器两极板带上与原
来 的电荷，并且极板上的电荷逐渐 ，电压 。反向充电过程中电流逐
渐 ，方向与放电时方向 。
（3） 反向充电完毕时，极板上的电荷 ，电压 。充电电流为 。
（4） 此后，电容器会再 ，再 。这样不断的充电、放电，电路中应出现了
大小、方向都变化的电流，即出现了 电流。
（5） 振荡电路电流的周期性变化、电容器极板上电荷量的周期
性变化如图所示：
【质疑提升 2】电磁振荡中的能量变化
1. 在振荡电路中，电荷量 q、电流 i、电场强度 E、磁感应强度 B这几个物理量都在做周期
性地变化。这种现象称 。
2. 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?
从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电容器里的电场 ，电路里的能量全部
储存在电容器的 中；电容器开始放电后，电容器里的电场逐渐 ，线圈的
磁场逐渐 ， 能逐渐转化为 能；在放电完毕的瞬间， 能
全部转化为 能；之后，线圈的磁场逐渐 ，电容器里的电场逐渐 ，
能逐渐转化为 能；到反方向充电完毕的瞬间， 能全部转化为
能。所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。
3. 如果没有能量损耗，振荡可以永远进行下去，振荡电路的振幅保持不变。在实际电路
中会有哪些损耗？有什么方式可以维持等幅振荡？
【质疑提升 3】电磁振荡的周期和频率
1. 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期。周期的倒数叫作频率。如果没有
能量损耗，也不受其他外界条件的影响，这时的周期和频率称为振荡电路的固有周期
和固有频率。振荡的周期与频率由什么因素决定？又有怎样的规律？
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