第4章電磁振蕩與電磁波

第1節電磁振蕩

本節課程是在電磁感應的基礎上進一步研究了由自感線圈與電容器形成的LC振蕩回路的特點，

目的是在引出現代科學中的電磁理論，學生通過對LC振蕩電路的學習，知道在電磁振蕩過程中回路

中的電流變化規律及電量變化規律，要知道在整個振蕩周期內，能量的轉化過程，為進一步認識電

磁波的產生奠定基礎。

【物理觀念】了解電磁振蕩產生的過程。

【科學思維】經歷用所學過的知識來解決相關現象、解釋相關問題,養成樂于科學探索的思維習慣。

【科學探究】培養學生實驗探求知識的意識，增強求知欲望。

【科學態度與責任】通過結合生活中各種相應現象及常識，理解電磁振蕩在人們生活中的地位。體

會物理知識在生活中的重要作用，培養勇于探索的精神。

【教學重點】電磁振蕩過程中電場能與磁場能的相互轉化規律。

【教學難點】LC回路振蕩過程中電場強度和磁感應強度的相互轉化規律。

一、【引入新課】

問題：

水波是由機械振動形成的。一顆石子投入水面會激起一陣漣漪，但是要形成持續的水波，則需要不

斷地擊打水面。電視、廣播接收的是電磁波，要產生持續的電磁波，需要持續變化的電流。怎樣才

能產生這樣的電流呢？

觀察：觀察振蕩電路中電壓的波形

把線圈、電容器、電源和單刀雙擲開關按照圖甲連成電路。把電壓傳感器（或示波器）的兩端連在

電容器的兩個極板上。先把開關置于電源一側，為電容器充電；稍后再把開關置于線圈一側，使電

容器通過線圈放電。觀察電腦顯示器（或示波器）顯示的電壓的波形。

二、【進行新課】

探究點一電磁振蕩的產生

【思考】想一想與交流電有何區別？

振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流，叫作振蕩電流。

振蕩電路：能夠產生振蕩電流的電路。

LC振蕩電路：當開關置于線圈一側時，由電感線圈L和電容C組成的電路，就是最簡單的振蕩電路，

稱為LC振蕩電路。

老師引出：

LC電磁振蕩的產生原理

電容器充放電和線圈的自感現象共同作用產生的

LC電磁振蕩的產生過程

LC振蕩電路電流的周期性變化

電容器極板上電荷量的周期性變化

1、LC電磁振蕩過程中幾個特殊時刻各參數的特征

2、LC電磁振蕩的特點：

LC回路工作過程具有對稱性和周期性，可歸結為：

(1)、兩個物理過程：

放電過程：電場能轉化為磁場能，q↓→i↑

充電過程：磁場能轉化為電場能，q↑→i↓

(2)、兩個特殊狀態：

充電完畢狀態：磁場能向電場能轉化完畢，電場能最大，磁場能最小

放電完畢狀態：電場能向磁場能轉化完畢，磁場能最大，電場能最小

3、LC電磁振蕩的變化規律：

(1)總能量守恒＝電場能＋磁場能＝恒量

(2)電場能與磁場能交替轉化

4、LC電磁振蕩過程中各參數的變化規律圖像

電磁振蕩：在振蕩電路產生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷、通過線圈的電流，以及跟電

荷和電流相聯系的電場和磁場都發生周期性的變化，這種現象叫電磁振蕩。

探究點二、電磁振蕩中的能量變化

阻尼振蕩和無阻尼振蕩

1．無阻尼振蕩：在電磁振蕩中，如果沒有能量損失，振蕩電流的振幅保持不變，這種振蕩叫做無阻

尼振蕩，也叫做等幅振蕩。

2．阻尼振蕩：任何電磁振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流的振幅逐漸減小，這種振蕩叫做

阻尼振蕩，或叫做減幅振蕩。

（1）振蕩電路中的能量損耗有一部分轉化為內能（產生焦耳熱），還有一部向外輻射出去而損失．

（2）如果用振蕩器不斷地將電源的能量補充到振蕩電路中去，就可以保持等幅振蕩。

探究點三、電磁振蕩的周期和頻率

1．周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間叫做周期，一秒鐘內完成周期變化的次數

叫做頻率。

LC回路的周期和頻率：由回路本身的特性決定．這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻

率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡稱振蕩電路的周期（或頻率）。

2．在一個周期內，振蕩電流的方向改變兩次；電場能（或磁場能）完成兩次周期性變化。

【思考與討論】

LC電路的周期（頻率）與哪些因素有關？

電容較大時，電容器充電、放電的時間長些還是短些？線圈的自感系數較大時，電容器充電、

放電時間長些還是短些？

根據上面的討論結果，定性地講，LC電路的周期（頻率）與電容C、電感L的大小有什么關系？

3.LC回路的周期和頻率公式

1

T=2LCf=2LC

（1）式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz．

（2）適當地選擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要．

課堂重點知識小結

1.LC振蕩電路中的振蕩電流按正弦規律變化，電路的狀態與相應的物理量對應.

2.電磁振蕩分阻尼振蕩和無阻尼振蕩．

3.LC振蕩電路中電磁振蕩的固有周期回路的周期

T2LC

1

4.固有頻率f

2LC

隨堂練習

例1、（多選）對振蕩電路，下列說法正確的是()

A．振蕩電路中、電容器充電或放電一次所用的時間為LC

B．振蕩電路中，電場能與磁場能的轉化周期為2LC

C．振蕩過程中，電容器極板間電場強度的變化周期為2LC

D．振蕩過程中，線圈內磁感應強度的變化周期為2LC

【答案】：CD

【解析】：在一個周期內，電容器充電、放電各兩次，每次充電或放電所用的時間為振蕩周期的1/4．電

場能與電場強度的方向無關，磁場能與磁感應強度的方向無關，因此在電磁振蕩的一個周期內各出

現兩次最大值，即電場能或磁場能的變化周期為LC．電場、磁場、電荷的變化周期跟電流的

變化周期相同．均為2LC

例2、（多選）如圖所示的振蕩電路中，某時刻線圈中磁場方向向上，且電路的電流正在增強則此

時（）

A．a點電勢比b點低

B．電容器兩極板間場強正在減小

C．電路中電場能正在增大

D．線圈中感應電動勢正在減小

【答案】A、B、D

【解析】因為電路中電流正在增強，所以電容器處于放電過程，極板上的電荷不斷減少，兩板間的

場強正不斷減小，電場能也不斷減小，由安培定則可判斷斷得此時電容器放電的電流方向由b經線

圈到a，電容器的下板帶正電、上極帶負電，所以b點電勢高于a點電勢，電流增大時，電流的變化

率（磁通量的變化率）減小，所以線圈中的自感電動勢在減小．

例3、(多選)如圖所示電路中，電容器的電容為C，電感線圈的自感為L，線圈的電阻忽略不計，原

來開關S閉合，現從開關S斷開的瞬間開始計時，以下說法正確的是()

A．t＝0時刻，電容器的左板帶負電，右板帶正電

B．t＝時刻，線圈L的感應電動勢最大

C．t＝π時刻，通過線圈L的電流最大，方向向左

D．t＝時刻，電容器C兩極板間電壓最大

【答案】B、D

【解析】沒斷開開關前，線圈與R串聯，由于線圈的電阻不計，所以線圈兩端的電壓為零，電容器

兩極板上電荷量為零．此時通過線圈的電流自右向左，當斷開開關時，開始給電容器充電，電流逐

漸減小，經過個周期(t＝時刻)，充電電流減小到最小，此時電容器上電荷量最多(左板帶正電，右板

帶負電)，線圈L的感應電動勢最大．故選項A錯，B正確．隨后電容器放電，再經過T(即t＝π時

刻)放電完畢，電流達到最大，從左向右通過線圈，故選項C錯誤．隨后再充電，經過T(即t＝時刻)，

充電完畢，此時電容器上電荷量最多，兩極板間電壓最大，故選項D正確．

例4、某LC振蕩電路由一個電感量為L=25mH和一個半可調電容器C組成,電容器的可調范圍為40～

1000pF.試問此電路振蕩過程中,在空中輻射的電磁波波長范圍是多大?

【答案】振蕩電路所輻射的電磁波長可在1884～9420m之間變化。

【解析】

λ·