2024-2025學(xué)年人教版高二物理同步訓(xùn)練：電磁振蕩

4.1電磁振蕩

學(xué)習(xí)目標(biāo)

課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)

1.知道什么是振蕩電流和

振蕩電路2知道LC振蕩物理觀念：通過實驗，了解電磁振蕩。

電路中振蕩電流的產(chǎn)生過科學(xué)思維：經(jīng)歷從機(jī)械振動到電磁振蕩的類比過程，體會類比推理的方法。

程，知道電磁振蕩過程中經(jīng)歷分析電磁振蕩周期與L、C關(guān)系的過程，體會定性分析推理的方法。

的能量轉(zhuǎn)化情況.3.知道科學(xué)探究：經(jīng)歷實驗觀察電磁振蕩中各物理量的變化過程，體會實驗在物理

LC電路的周期和頻率公觀念形成過程中的作用。

式，并會進(jìn)行相關(guān)的計科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：從能量轉(zhuǎn)化的角度突出振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的實質(zhì)。

算.

思維導(dǎo)圖

知識梳理

(-)課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識：

一、電磁振蕩的產(chǎn)生及能量變化

1.振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流.

2.振蕩電路：能產(chǎn)生振蕩電流的電路.最簡單的振蕩電路為LC振蕩電路.

3.LC振蕩電路電容器的放電、充電過程

(1)電容器放電：由于線圈的自感作用,放電電流不會立刻達(dá)到最大值，而是由零逐漸增大，同時電容器極板

上的電荷逐漸減少.放電完畢時，極板上沒有電荷，放電電流達(dá)到最大值.該過程電容器的電場能全部轉(zhuǎn)化

為線圈的磁場能.

(2)電容器充電：電容器放電完畢時，由于線圈的自感作用,電流并不會立即減小為零，而要保持原來的方向

繼續(xù)流動，并逐漸減小，電容器開始充電,極板上的電荷逐漸增多，電流減小到零時，充電結(jié)束，極板上的

電荷最多.該過程中線圈的磁場能又全部轉(zhuǎn)化為電容器的電場能.

4.電磁振蕩的實質(zhì)

在電磁振蕩過程中，電路中的電流入電容器極板上的電荷量外電容器里的電場強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)

強(qiáng)度B,都在周期性地變化著,電場能和磁場能也隨著發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化.

二、電磁振蕩的周期和頻率

1.電磁振蕩的周期T：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間.

2.電磁振蕩的頻率完成周期性變化的次數(shù)與所用時間之比，數(shù)值等于單位時間內(nèi)完成的周期性變化的次

數(shù).

如果振蕩電路沒有能量損耗，也不受其他外界條件影響，這時的周期和頻率叫作振蕩電路的固直周期和固直

頻率.

3.ZC電路的周期和頻率公式：T=2TV\[LC,

其中：周期7、頻率/、電感工、電容C的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨利(H)、法拉(F).

題型精講

【題型一】電磁振蕩的產(chǎn)生及能量變化

1.各物理量隨時間的變化圖像：振蕩過程中電流，、極板上的電荷量q之間的對應(yīng)關(guān)系.(如圖)

甲電磁振蕩過程

一放電充電放電十"充電V

2.相關(guān)量與電路狀態(tài)的對應(yīng)情況

電路狀態(tài)abCde

TT3T

時刻t0T

42T

電荷量q最多0最多0最多

電場能EE最大0最大0最大

電流i0正向最大0反向最大0

磁場能EB0最大0最大0

3.(1)在LC振蕩電路發(fā)生電磁振蕩的過程中，與電容器有關(guān)的物理量：電荷量外電場強(qiáng)度E、電場能及是

同步變化的，即-￡J-EE3(或qt-Etf).

與線圈有關(guān)的物理量：振蕩電流八磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能出也是同步變化的，即((或

i\-B\-EBt).

(2)在ZC振蕩過程中，電容器上的三個物理量外E、&增大時，線圈中的三個物理量八B、瓦減小，即外

口口?異向變化.?口I

E、EET*7、B、EBI.

【典型例題1】飛機(jī)失事后，為了分析事故的原因，必須尋找黑匣子，而黑匣子在30天內(nèi)能以一定的頻率

自動發(fā)出信號，人們就可利用探測儀查找黑匣子發(fā)出的電磁波信號來確定黑匣子的位置。如圖甲是黑匣子

中電磁波發(fā)射電路中的LC電磁振蕩電路，圖乙為電容器的電荷量q隨時間t變化的圖像，上0時刻電容器

的M板帶正電。下列關(guān)于LC電磁振蕩電路的說法中正確的是()

A.若減小電容器的電容，則發(fā)射的電磁波波長變長

B.0~G時間內(nèi)，線圈中的磁場方向向下

C.0~71時間內(nèi)，線圈的磁場能不斷減小

D.九?功時間內(nèi)，電容器N板帶正電，電容器正在充電

【答案】D

【解析】A.根據(jù)

f=-----

27V4LC

可知若減小電容器的電容，則發(fā)射的電磁波頻率變大，根據(jù)

c=/f

可知波長變短，故A錯誤；

B.OF時間內(nèi)，電容器的電荷量減少，電容器放電，電流由M極板流向N極板，根據(jù)右手定則可知線圈

中的磁場方向向上，故B錯誤；

C.圖像的切線的斜率大小表示電流，0~九時間內(nèi)，由圖像可知電流逐漸增大，線圈的磁場能不斷增大，

故C錯誤；

D.時間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流對電容器反向充電，所以電容器N板帶正電，電容器正在充電，故

D正確。

故選D。

【典型例題2】如圖甲所示，在LC振蕩電路中，通過尸點的電流變化規(guī)律如圖乙所示，且把由P經(jīng)乙流

向。的方向規(guī)定為電流，的正方向，則（）

A.0.5s至1s時間內(nèi)，電容器C在放電

B.0.5s至1s時間內(nèi)，電容器C的下極板帶正電

C.1s至1.5s時間內(nèi)，。點的電勢比尸點的電勢低

D.1s至1.5s時間內(nèi)，磁場能正在轉(zhuǎn)化成電場能

【答案】B

【解析】AB.0.5s至1s時間內(nèi)，電流為正方向且在減小，所以振蕩電流是充電電流，充電電流是由負(fù)極板

向正極板，故電容器C的下極板帶正電，故A錯誤B正確；

CD.1s至1.5s時間內(nèi)，電流為負(fù)方向且在增大，所以振蕩電流是放電電流，放電電流是由正極板流向負(fù)

極板，所以電流由。流向P,在外電路，電流從高電勢流向低電勢，所以。點的電勢比P點的電勢高，放

電過程中，由能量守恒定律知，電場能轉(zhuǎn)化成磁場能，故CD錯誤。

故選Bo

【對點訓(xùn)練1】某時刻LC振蕩電路的自感線圈L中的電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如圖所示。下列

說法正確的是（）

A.若電容器上極板帶正電，則電容器正在充電

B.若電容器上極板帶負(fù)電，則線圈中的電流正在減小

C.若磁場正在增強(qiáng)，則線圈中的電流正在減小

D.若磁場正在減弱，則線圈的自感電動勢正在減小

【答案】B

【解析】A.根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可知，回路中的電流為逆時針方向，則若電容器上極板帶正電，則電

容器正在放電，故A錯誤；

B.若電容器上極板帶負(fù)電，則電容器正在充電，則線圈中的電流正在減小，故B正確；

C.若磁場正在增強(qiáng)，則回路中電流正在變大，故C錯誤；

D.若磁場正在減弱，則回路中電流正在變小，電容器在充電，電流減小的越來越快，則線圈的自感電動

勢正在增加，故D錯誤。

故選B。

【對點訓(xùn)練2】如圖所示，，一圖像表示LC振蕩電路的電流隨時間變化的圖像。在f=0時刻，回路中電容

器的上極板帶正電。在下面四段時間里，回路的磁場能在減小，而上極板仍帶正電的時間段是（）

【答案】D

【解析】根據(jù)題意由圖可知，在/=0時刻，，=0,電容器充電結(jié)束，。~。時間段，電容器放電，回路的

磁場能在增大，彳~12時間段，電容器充電，回路的磁場能在減小，電容器的下極板帶正電，與~4時間

段，電容器放電，回路的磁場能在增大，。時間段，電容器充電，回路的磁場能在減小，電容器的上

極板帶正電。

故選Do

【題型二】電磁振蕩的周期和頻率

1.ZC電路的周期和頻率公式:T=2周五，戶就^

2.說明：（1）LC電路的周期、頻率都由電路本身的特性。和C的值）決定，與電容器極板上電荷量的多少、

板間電壓的高低、是否接入電路中等因素?zé)o關(guān)，所以稱為LC電路的固有周期和固有頻率.

（2）電路中的電流入線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度8、電容器極板間的電場強(qiáng)度E的變化周期就是ZC電路的振蕩周

期7=2局沅，在一個周期內(nèi)上述各量方向改變兩次；電容器極板上所帶的電荷量，其變化周期也是振蕩周

期7=2周1?；而電場能、磁場能變化周期是振蕩周期的一半，即7=白局云.

【典型例題315G自動駕駛是基于5G通信技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)式全域感知、協(xié)同決策與智慧云控，5G網(wǎng)絡(luò)使用

的無線電波通信頻率是3.0GHz以上的超高頻段和極高頻段，比4G（通信頻率在0.3GHz~3QGHz間）擁有

更大的帶寬，則下列說法正確的是（）

A.麥克斯韋通過自制的實驗裝置證實了電磁波的存在

B.在真空中5G信號比4G信號傳播得更快

C.發(fā)射5G信號的LC振蕩電路比發(fā)射4G信號的LC振蕩電路的電感自感系數(shù)更大

D.5G信號相比于4G信號更不容易繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更加密集的基站

【答案】D

【解析】A.麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過自制的實驗裝置證實了電磁波的存在，故A錯誤；

B.在真空中5G信號與4G信號傳播一樣快，故B錯誤；

1

C.5G信號比4G信號波長小,頻率高,根據(jù)/=可知，發(fā)射5G信號的LC振蕩電路自感系數(shù)更

2兀<LC

小，故C錯誤;

D.因5G信號的頻率高，則波長小，4G信號的頻率低，則波長長，則5G信號比4G信號更不容易繞過障

礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故D正確。

故選D。

【典型例題4】LC振蕩電路某時刻的工作狀態(tài)如圖所示，電流方向為順時針且電流正在增大，下列說法正

確的是（）

L

A.該時刻電容器上極板帶正電荷

B.電容器兩極板間電場強(qiáng)度正在變大

C.該時刻線圈的自感電動勢正在增大

D.若線圈的自感系數(shù)增大，振蕩電路的頻率增大

【答案】A

【解析】AB.由題意可知，該時刻電流方向為順時針且電流正在增大，則磁場能正在增大，電場能正在減

小，電容器正在放電，所以該時刻電容器上極板帶正電荷，電容器兩極板間電場強(qiáng)度正在變小，故A正

確，B錯誤；

C.由于電流正在增大，但電流的變化率正在減小，該時刻線圈的自感電動勢正在減小，故C錯誤；

D.根據(jù)

1

2TT4LC

若線圈的自感系數(shù)增大，則振蕩電路的頻率減小，故D錯誤。

故選A。

【對點訓(xùn)練3】如圖是電磁波發(fā)射電路中的LC電磁振蕩電路，某時刻電路中正形成如圖所示方向的電流，

此時電容器的上極板帶負(fù)電，下極板帶正電。下列說法正確的是（）

A.該時刻電容器處于放電狀態(tài)

B.該時刻線圈中的磁場能正在增大

C.若在線圈中插入鐵芯，則發(fā)射電磁波的頻率變小

D.若增大電容器極板間的距離，則發(fā)射電磁波的頻率變小

【答案】C

【解析】AB.此時電容器正在充電，電場能增大，磁場能減小。故AB錯誤;

C.根據(jù)

-1

f2^4LC

若在線圈中插入鐵芯，則工變大，發(fā)射電磁波的頻率變小。故C正確;

D.根據(jù)

￡,S

471kd

若增大電容器極板間的距離，則電容C減小，，變大。故D錯誤。

故選C。

【對點訓(xùn)練4】如圖甲所示，在LC振蕩電路實驗中，多次改變電容器的電容C并測得相應(yīng)的振蕩電流的

周期T；如圖乙所示，以C為橫坐標(biāo)、〃為縱坐標(biāo)，將測得的數(shù)據(jù)標(biāo)示在坐標(biāo)紙上并用直線擬合數(shù)據(jù)，由

圖像可得線圈的自感系數(shù)約為（）

甲

A.0.0375HB.0.375HC.2.67HD.26.7H

【答案】A

【解析】根據(jù)

T=2兀幣元

可得

T-=4/LC〃-C圖像的斜率為

可得

乙=0.0375H

故選Ao

強(qiáng)化訓(xùn)練

【基礎(chǔ)強(qiáng)化】

1.如圖甲所示是LC振蕩電路，設(shè)順時針方向的電流為正方向，電路中的電流隨時間變化規(guī)律如圖乙所

示。那么（）

乙

A.在0~4時間內(nèi)，電容器C在充電

B.在4~6時間內(nèi)，電容器C的上極板帶正電

C.在％~：3時間內(nèi)，磁場能轉(zhuǎn)化為電場能

D.在線圈L中插入鐵芯，振蕩電流的周期將變小

【答案】B

【解析】A.由乙圖可知，在。~乙時間內(nèi)，電流增大，電容器電荷量減小，電容器C在放電。故A錯誤；

B.同理在彳~12時間內(nèi)，電容器充電，上極板帶正電。故B正確；

C.同理在4時間內(nèi)，電容器放電，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能。故C錯誤；

D.根據(jù)7=2%/可知在線圈中插入鐵芯，線圈的自感系數(shù)增大，振蕩電流的周期將變大。故D錯誤。

故選B。

2.如圖所示的LC電路中，電容C為0.8uF,電感Z,為2mH。已充電的平行板電容器兩極板水平放置。開

關(guān)S斷開時，極板間有一帶電灰塵恰好靜止，已知重力加速度為g。閉合開關(guān)S,灰塵在電容器內(nèi)運動，從

線圈中電流第一次達(dá)到最大時開始計時，經(jīng)6萬xl（F5s時，電容器內(nèi)灰塵的加速度大小為（）

3

A.0B.gC.-gD.2g

【答案】A

【解析】當(dāng)開關(guān)斷開時，極板間有一帶電灰塵恰好靜止，此時電容器電荷量最大，對帶電灰塵有

qE=mg

振蕩電路的周期為

7=2%71^=8萬X10一5

從閉合開關(guān)經(jīng)過Jr線圈中電流第一次達(dá)到最大；從線圈中電流第一次達(dá)到最大時開始計時，此時電容器

4

所帶電荷量為0,經(jīng)6/xl（r5s時，由于

3

At=6%x10-5s=—T

4

可知此時電容器所帶電荷量與剛閉合開關(guān)時完全一樣，則帶電灰塵受力剛好平衡，灰塵的加速度大小為

0o

故選A。

3.如圖所示，是某LC振蕩電路中電流隨時間變化的關(guān)系曲線，如圖乙所示，規(guī)定順時針電流為正電流，

貝U（）

A.在4時刻，。板帶正電，電荷量最大

B.在4~馬時間內(nèi)，線圈內(nèi)磁場方向向上，且強(qiáng)度減弱

C.在勻時刻，電感線圈自感電動勢最小

D.在％時間內(nèi)，電容器正在充電

【答案】D

【解析】A.在。時刻，回路中的電流順時針最大，則電容器放電完畢，此時。板不帶電，故A錯誤；

B.在％時間內(nèi)，回路中順時針電流逐漸減小，則線圈內(nèi)磁場方向向下，且強(qiáng)度減弱，故B錯誤；

C.在勻時刻，電流為零，但是電流的變化率最大，此時電感線圈自感電動勢最大，故C錯誤；

D.在4時間內(nèi)，回路中順時針電流逐漸減小，線圈的磁場能減小，電容器內(nèi)電場能增加，即電容器正

在充電，故D正確。

故選D。

4.如圖甲所示為LC振蕩電路，電流力（以圖甲中電流方向為正）隨時間/的變化規(guī)律為圖乙所示的正弦曲

甲乙

A.。~%內(nèi)，電容器C正在充電

B.內(nèi)，電容器C上極板帶正電

C.^-4內(nèi)，線圈自感電動勢逐漸減小

D.內(nèi)，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能

【答案】c

【解析】A.。~乙內(nèi)，電流逐漸增大，電容器C正在放電，故A錯誤；

B.%~馬內(nèi)，電流逐漸減小，電容器C正在充電，電流為正值，則電容器C上極板帶負(fù)電，下極板帶正

電，故B錯誤；

C.馬-73內(nèi)，電流隨時間的變化率逐漸減小，線圈自感電動勢逐漸減小，故C正確；

D.J?！▋?nèi)，電流逐漸減小，電容器C正在充電，磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，故D錯誤。

故選C。

5.LC振蕩電路某時刻線圈中的磁場正在增強(qiáng)，方向如圖所示，下列說法正確的是（）

B.電容器。板帶負(fù)電

C.電場能轉(zhuǎn)化為磁場能

D.電容器所帶的電荷量正在增加

【答案】C

【解析】C.根據(jù)右手螺旋定則知，從上往下看，電路中電流方向為逆時針方向，磁場正在增強(qiáng)，電場能

轉(zhuǎn)化為磁場能，故c正確；

A.由于電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，表明電容器正在放電，故A錯誤；

B.電流方向為逆時針方向，表明電子運動是順時針方向，電容器。極板得到電子，由于電容器在放電，

電容器極板所帶電荷量減小，可知，電容器。板帶正電，故B錯誤；

D.結(jié)合上述可知，電容器所帶的電荷量正在減小，故D錯誤。

故選C。

6.LC振蕩器是利用電感和電容組合產(chǎn)生振蕩信號的電子振蕩器，廣泛應(yīng)用于通信、音頻處理、頻率合成

等領(lǐng)域。如圖所示的電路，線圈的電阻忽略不計，閉合開關(guān)S,待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后斷開開關(guān)S,LC電

路中將產(chǎn)生電磁振蕩，以斷開開關(guān)的時刻為計時起點1=0,下列判斷正確的是（）

A.乙圖可表示振蕩電流隨時間變化的圖像

B.%時刻電容器右極板帶負(fù)電

C.4時間內(nèi)電場能向磁場能轉(zhuǎn)化

D.若增大電容器板間的距離，振蕩電流的頻率降低

【答案】C

【解析】A.因線圈電阻為零，電路穩(wěn)定時，線圈兩端電壓為零，電容器不帶電；斷開開關(guān)后，1=0時刻

線圈中電流最大，故乙圖可以表示電容器的電荷量隨時間的變化規(guī)律，A錯誤；

B.0~《線圈中的電流由人一。，給電容器充電，電容器右極板帶正電，二~三電容器放電，故a時刻電

容器右極板還是帶正電，B錯誤；

C.時間內(nèi)電容器繼續(xù)放電，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，C正確；

D.若增大電容器板間的距離，由

C=-

4兀kd

可知C減小，根據(jù)公式

可知，振蕩電流的頻率增大，D錯誤。

故選C。

【素養(yǎng)提升】

7.被譽為"救命神器"的自動體外除顫儀（AED）,是一種用于搶救心臟驟?；颊叩谋銛y式醫(yī)療設(shè)備，其結(jié)

構(gòu)如圖所示。低壓直流電經(jīng)高壓直流發(fā)生器后向儲能電容器C充電，除顫治療時，開關(guān)撥到2,利用電極

將脈沖電流作用于心臟，使患者心臟恢復(fù)正常跳動。若無其他條件變化，下列說法正確的是（）

高

壓

直

流

發(fā)

生

器

小不變

電流大

，脈沖

程中

電過

A.放

比

成正

容C

與電

周期

振蕩

流的

沖電

電脈

B.放

比

成正

系數(shù)L

自感

期與

蕩周

的振

電流

脈沖

放電

C.

不同

大小

電流

時，

人體

不同

用于

流作

沖電

D.脈

】D

【答案

；

錯誤

故A

為零，

，電流

結(jié)束

放電

減小，

小逐漸

電流大

中，

過程

放電

】A.

【解析

周

振蕩

時，

容不變

當(dāng)電

比，

成正

與左

周期

振蕩

時，

不變

系數(shù)

自感

知當(dāng)

，可

萬灰

=2

周期7

振蕩

根據(jù)

BC.

；

錯誤

C均

，故B

正比

五成

期與

確。

D正

，故

小不同

電流大

同，

阻不

的電

人體