物理选择性必修 第二册1 电磁振荡精品课堂检测
展开一、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.
二、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=2πeq \r(LC),f=eq \f(1,2π\r(LC)).
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).
技巧点拨
一、电磁振荡的产生及能量变化
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.(如下图)
2.相关量与电路状态的对应情况
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 ↓eq \(―――――――→,\s\up10(同步异向变化))i、B、EB↓.
二、电磁振荡的周期和频率
1.LC电路的周期和频率公式:T=2πeq \r(LC),f=eq \f(1,2π\r(LC)).
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=2πeq \r(LC),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=2πeq \r(LC),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′=eq \f(T,2)=πeq \r(LC).
例题精练
1.(2021•海淀区校级模拟)对处于如图所示时刻的LC振荡电路,下列说法正确的是( )
A.电容器正在放电,电场能正转化成磁场能
B.电容器正在充电,电场能正转化成磁场能
C.电容器正在放电,磁场能正转化成电场能
D.电容器正在充电,磁场能正转化成电场能
2.(2021春•烟台期中)在LC回路产生电磁振荡的过程中,下列说法中正确的是( )
A.回路中电流值最大时,回路中电场能最大
B.电容器充电完毕时,回路中磁场能最少
C.回路中电流减小时,电容器上电荷量也减少
D.回路中磁场能减少时,回路中电流值增大
随堂练习
1.(2021春•诸暨市校级期中)如图所示,电容器充电稳定后,将开关S由b扳到a并开始计时,在电流振荡了半个周期时,电路中( )
A.电容器C里的电场强度最强,电场强度方向向下
B.线圈L周围磁场最强
C.线圈中的磁感应强度为零
D.磁场能开始向电场能转化
2.(2021春•鼓楼区校级月考)如图所示的LC振荡电路中,某时刻电容器上下极板带电情况和线圈L中的磁场方向如图所示,则此时( )
A.线圈中的自感电动势在增大
B.电容器两端电压正在增大
C.磁场能正在转化为电场能
D.增大电容器的电容,可以减弱振荡电路向外界辐射能量的本领
3.(2021•鼓楼区校级二模)如图所示的LC振荡电路,当开关S转向右边发生振荡后,下列说法中正确的是( )
A.振荡电流达到最大值时,电容器上的带电荷量最大
B.振荡电流达到最大值时,磁场能最大
C.振荡电流为零时,电场能为零
D.振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期
综合练习
一.选择题(共20小题)
1.(2021春•如皋市月考)如图所示的LC振荡电路中,某时刻电容器上下极板带电情况和线圈L中的磁场方向如图所示,则此时( )
A.线圈中的自感电动势在增大
B.电容器两端电压正在增大
C.磁场能正在转化为电场能
D.在电容器内放入绝缘物质,可以减弱振荡电路向外界辐射能量的本领
2.(2021•浙江模拟)在LC振荡电路中,t1时刻和t2时刻电感线圈中的磁感线和电容器中极板的带电情况分别如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.在t1时刻电容器正在充电
B.在t2时刻电容器正在充电
C.在t1时刻电路中的电流处在减小状态
D.在t2时刻电路中的电流处在增大状态
3.(2021•海淀区模拟)对处于图所示时刻的LC振荡电路,下列说法正确的是( )
A.电容器正在放电,电场能正转变成磁场能
B.电容器正在充电,电场能正转变成磁场能
C.电容器正在放电,磁场能正转变成电场能
D.电容器正在充电,磁场能正转变成电场能
4.(2020秋•嘉兴月考)如图所示为公交车上车时刷卡的情景,当听到“嘀”的声音,表示刷卡成功。刷卡所用的IC卡内部有电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。刷卡时,读卡机向外发射某一特定频率的电磁波,IC卡内的LC振荡电路产生电谐振,线圈L中产生感应电流,给电容C充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是( )
A.读卡机发射的电磁波不能在真空中传播
B.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电源
C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则IC卡内不会产生感应电流
D.IC卡既能接收读卡机发射的电磁波,也有向读卡机传输数据功能
5.(2020秋•诸暨市月考)下列说法正确的是( )
A.电容器外壳上标的工作电压比击穿电压要低
B.英国科学家泊松在实验中观察到了著名的“泊松亮斑”
C.法拉第通过严密的数学推理最早给出法拉第电磁感应定律
D.在LC振荡电路中,仅增大电容器的极板距离会使振荡电路的固有频率减小
6.(2020秋•浙江月考)如图所示是电磁波发射电路中的LC电磁振荡电路,某时刻电路中正形成如图所示方向的电流,此时电容器的上极板带正电,下极板带负电,则以下说法正确的是( )
A.线圈中的磁场向上且正在增强
B.电容器中的电场向下且正在减弱
C.若在线圈中插入铁芯,则发射电磁波的频率变大
D.若增大电容器极板间的距离,则发射电磁波的波长变小
7.(2020秋•浙江月考)在如图所示的振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向向上,且电路的电流正在增强,则此时( )
A.a点电势比b点高
B.电容器两极板间场强正在减小
C.电路中电场能正在增大
D.线圈中感应电动势正在增大
8.(2020春•绵阳期末)如图甲是LC振荡电路,其中电流随时间变化的i﹣t图象如图乙所示。t=0时刻,电容器的下极板M带正电,在之后的某段时间,M板带负电,磁场能减小,则这段时间对应图象中的( )
A.Oa段B.ab段C.bc段D.cd段
9.(2020春•慈溪市期末)下列说法正确的是( )
A.频率越高,振荡电路向外辐射电磁波的本领越弱
B.在光的单缝衍射中,若将狭缝变窄,则在屏上产生的中央亮条纹变窄
C.医院中放射科给病人做胸透,是利用了β射线照射人体进行透视
D.光纤通信是激光和光导纤维结合的产物
10.(2020春•浙江月考)如图所示,储罐中有不导电液体,与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中,电容器可通过开关S与线圈L或电源相连,开关S先打到a端让电容器充满电,t=0时开关S打到b端,t=0.15s时LC回路的电流沿顺时针方向且第一次达到最大,则( )
A.LC回路的振荡周期为0.3s
B.t=0.9s时电容器放电完毕
C.t=0.3~0.45s的时间里电流沿逆时针方向且磁场能逐渐增大
D.当储罐内液面下降时,LC回路的振荡频率减小
11.(2020•西湖区校级模拟)如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态,其振荡周期为,则( )
A.该时刻振荡电流i在增大
B.该时刻极板间的电场强度在减小
C.振荡过程中电场能与磁场能的转化周期为
D.振荡过程中线圈内磁感应强度的变化周期为
12.(2020秋•浙江月考)在LC振荡电路中,某时刻电容器C中的电场方向和线圈L中的磁场方向如图所示,则此时( )
A.电容器正在放电
B.电容器两端电压正在增大
C.电场能正在转化为磁场能
D.回路的电流正在变大
13.(2020春•嘉兴期末)若某时刻LC振荡电路中连接电容器的导线具有向上的电流,如图所示。则下列说法中正确的是( )
A.电容器正在放电
B.电流正在逐渐减小
C.两平行板间的电场强度在减小
D.螺线管中的感应磁场竖直向上
14.(2020•浙江模拟)如图为一个振荡电路在某时刻的情况。电容器电容为C,线圈的自感系数为L,下列判断正确的是( )
A.电容器两端电压正在变大
B.图示状态下电流正在变大
C.电场能正在转化为磁场能
D.电场能和磁场能的相互转化的周期为2π
15.(2020春•诸城市期中)如图所示表示LC振荡电路某时刻的情况,以下说法正确的是( )
A.电容器正在充电
B.电感线圈中的电流正在增加
C.若在电感线圈中插入铁芯会减小充电时间
D.电容器两端电压正在增大
16.(2020春•烟台期末)某时刻LC振荡电路的状态如图所示,下列说法中正确的是( )
A.振荡电流i在减小
B.电容器两板间电压在减小
C.电场能正在向磁场能转化
D.电容器极板上的电荷量从零变化到最大值所需的最短时间为π
17.(2020•浙江模拟)如图所示,是某LC振荡电路中电流随时间变化的关系曲线,如图乙所示,规定顺时针电流为正电流,则( )
A.在t1时刻,a板带正电,电荷量最大
B.在t1~t2时间内,线圈内磁场方向向上,且强度减弱
C.在t2时刻,电感线圈自感电动势最大,Uc>Ud
D.在t1~t2时间内,电容器正在充电
18.(2020春•杭州期末)如图所示的LC振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向向上,且电路的电流正在减小,则此时( )
A.a点电势比b点低
B.电容器两极板间场强正在减小
C.电路中电场能正在增大
D.线圈中感应电动势正在减小
19.(2020春•天津期末)如图所示为某时刻LC振荡电路中电容器中电场的方向和电流的方向,则下列说法中正确的是( )
A.电容器正在放电
B.电感线圈的磁场能正在增加
C.电感线圈中的自感电动势正在阻碍电流的减小
D.电容器的电场能正在减少
20.(2020春•亭湖区校级期中)如图所示是LC振荡电路某时刻的情况,以下说法正确的是( )
A.此时电路中电流等于零
B.电容器正在充电
C.电感线圈中的电流正在增大
D.电容器两极板间的电场能正在减小
二.多选题(共10小题)
21.(2021春•德清县校级月考)在LC振荡电路中,某时刻线圈中产生如图所示的磁场,且磁场正在逐渐减弱,则该时刻( )
A.电容器的带电量正在增大
B.电容器的上极板带正电
C.电容器极板间的电场向上
D.振荡电路中磁场能正在向电场能转化
22.(2021春•浙江月考)下列说法正确的是( )
A.在LC振荡电路中,将铁芯插入电感线圈,向外辐射电磁波的本领会增强
B.核反应释放的核能可以将原子核激发到很高的能级,向低能级跃迁时会辐射出γ射线
C.任何一种金属都存在一个极限波长,小于此波长的光可让金属中的电子逸出
D.物质波是一种概率波,在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动
23.(2020春•郑州期末)下列说法正确的是( )
A.LC振荡电路中,当电流增大时,电容器所带电量也增大
B.光的偏振现象说明光是横波
C.“泊松亮斑”说明光不具有波动性
D.阳光下的肥皂泡上有彩色条纹,这属于光的干涉现象
24.(2020春•台州期末)在LC振荡电路中,某时刻电路中的电流方向如图所示,且电流正在增大,则该时刻( )
A.电容器下极板带正电,上极板带负电
B.电容器上极板带正电,下极板带负电
C.电场能正在向磁场能转化
D.电容器两端的电压正在减小
25.(2020春•海淀区校级期末)如图所示,LC振荡电路中,某一时刻穿过线圈L的磁感应强度方向向上,且正在逐渐增强,那么两极板带电的情况是( )
A.上极板带正电B.上极板带负电
C.极板带电量增加D.极板带电量减少
26.(2020春•吉林期末)在LC振荡电路中,当电容器充电完毕尚未开始放电时,下列说法正确的是( )
A.电容器中的电场最强
B.电路中的磁场最强
C.电场能已有一部分转化成磁场能
D.此时电路中电流为零
27.(2020•浙江模拟)无线话筒就是LC振荡电路在实际中应用的典型实例,某LC振荡电路某时刻磁场方向如图所示,则下列说法正确的是( )
A.若增加电容C的带电量,振荡电路的周期会变大
B.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电
C.若电容器正在放电,则电容器上极板带正电
D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流增大
28.(2020春•湖北期中)在LC振荡电路中,某时刻电路中的电流方向如图所示,且电流正在增大,则该时刻( )
A.电容器下极板带正电,上极板带负电
B.电容器上极板带正电,下极板带负电
C.电场能正在向磁场能转化
D.电容器正在充电
29.(2020春•洪山区校级期中)如图所示的电路中,L是电阻不计的电感线圈,C是电容器(原来不带电),闭合电键S,待电路达到稳定状态后再断开电键S,LC回路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正,断开电键时刻为t=0,那么断开电键后( )
A.图甲可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律
B.图乙可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律
C.图甲可以表示电容器左极板的电荷量q随时间t的变化规律
D.图乙可以表示电容器右极板的电荷量q随时间t的变化规律
30.(2019•西湖区校级模拟)关于电磁振荡和电磁波的以下说法中,正确的是( )
A.LC振荡电路中,即使没有电阻,也会有能量损失
B.振荡电路中电磁振荡的周期越大,向外发射电磁波的本领就越大
C.各种频率的电磁波在真空中的传播速度相同,在其他介质中传播速度不同
D.用红外线照射时,大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
电路状态
a
b
c
d
e
时刻t
0
eq \f(T,4)
eq \f(T,2)
eq \f(3T,4)
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
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