人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡精品课时训练
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春•枣庄期末)如图所示的电路,电阻R=10Ω,电容C=1.2μF,电感L=30μH,电感线圈的电阻可以忽略.单刀双掷开关S置于“1”,电路稳定后,再将开关S从“1”拨到“2”,图中LC回路开始电磁振荡,振荡开始后t=5π×10﹣6s时,下列说法正确的是( )
A.电容器正在放电
B.电容器的上极板带负电
C.电场能正在转化为磁场能
D.穿过线圈L的磁感应强度方向向上,且正在逐渐增强
2.(2021春•温州期末)如图所示,容器中装有导电液体,是电容器的一个电极,中间的导体芯柱是电容器的另一个电极.芯柱外面套有绝缘管作为电介质,电容器的这两个电极分别与一个线圈的两端相连,组成LC振荡电路,使该振荡电路产生电磁振荡.已知LC振荡电路的周期为.下面对此LC振荡回路分析正确的是( )
A.当电容器放电时,电容器储存的电场能增加
B.增加导电液体的高度有利于增大此振荡电路的周期
C.增加线圈的匝数,能更有效地发射电磁波
D.当线圈中的电流增大时,线圈中的磁场能减小
随堂练习
1.(2021春•常熟市期中)现代实际电路中使用的振荡器多数是晶体振荡器,其工作原理类似LC振荡电路,如图所示是LC振荡电路在某时刻的示意图,则下列说法正确的是( )
A.若磁场正在增强,则电容器处于充电状态,电流由a流向b
B.若磁场正在增强,则电场能正在减少,电容器上极板带正电
C.若磁场正在减弱,则电场能正在增强,电容器上极板带正电
D.若磁场正在减弱,则电场能正在增强,电流由b流向a
2.(2021春•玄武区校级月考)如图所示的LC振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向向上,且电路的电流正在增强,则此时( )
A.电容器两极板间场强正在增强
B.a点电势比b点高
C.电容器中储存的电场能正在增大
D.线圈中磁场能正在增大
3.(2021春•鼓楼区校级月考)如图中LC振荡电路,线圈的自感系数L=2.5mH,电容C=4μF。从电流逆时针最大开始计时,当t=2.5π×10﹣4s时,下列说法正确的是( )
A.电容器正在充电B.电容器正在放电
C.电容器上极板a带负电D.电容器上极板a带正电
综合练习
一.选择题(共16小题)
1.(2020秋•杭州期中)如图所示的LC振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向向上,且电路中的电流正在减小,则此时( )
A.电容器上极板带负电,下极板带正电
B.振荡电路中能量正在从磁场能转化为电场能
C.电容器两极板间的场强正在减小
D.线圈中的磁通量变化率正在变小
2.(2021春•如皋市校级月考)如图所示的LC振荡电路中,已知某时刻电流i的方向指向A板,则( )
A.若i正在减小,线圈两端电压在增大
B.若i正在增大,此时A板带正电
C.若仅增大线圈的自感系数,振荡频率增大
D.若仅增大电容器的电容,振荡频率增大
3.(2020秋•青岛期末)如图,为LC振荡电路中电容器极板上所带电量随时间变化的q﹣﹣﹣t图象,下面判断正确的是( )
A.t1时刻,振荡电路中的电流最大
B.t2时刻,电容器C两极板间电势差最大
C.t3时刻电感线圈中磁场的磁感应强度正在减小
D.从t4到t5过程中,磁场能逐渐转化为电场能
4.(2020秋•诸暨市月考)在LC振荡电路中,某时刻线圈中的磁场和电容器中的电场如图所示,则此时刻( )
A.电容器正在放电
B.振荡电流正在减小
C.线圈中的磁场最强
D.磁场能正在向电场能转化
5.(2021春•昌平区校级期末)如图所示,L为电阻不计的自感线圈,已知LC振荡电路的周期为T,开关S原来合上一段时间,现将S断开后开始计时,当t=时,线圈内磁感应强度的方向和电容器两极板间电场的方向分别为( )
A.向下,向上B.向下,向下C.向上,向上D.向上,向下
6.(2020秋•东阳市校级期中)如图所示的LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图所示,则下列说法错误的是( )
A.若磁场正在减弱,则电容器正在充电,电流由b向a
B.若磁场正在减弱,则电场能正在增大,电容器上板带负电
C.若磁场正在增强,则电场能正在减少,电容器上板带正电
D.若磁场正在增强,则电容器正在充电,电流方向由a向b
7.(2021春•西城区校级期末)在LC振荡电路中,下列说法正确的是( )
A.电感线圈中的电流最大时,电容器中电场能最大
B.电容器两极板间电压最大时,线圈中磁场能最大
C.在一个周期内,电容器充电一次,放电一次
D.在一个周期时间内,电路中的电流方向改变两次
8.(2021春•南阳期中)如图甲所示LC振荡电路的电流i随时间t变化的图象,规定流过线圈的电流向下为正方向,下列说法正确的是( )
A.在0至t1时间内,电容器中的电场能正在增大
B.在t1至t2时间内,线圈中的磁场能正在增大
C.电容器极板间的距离越大,电路的振荡频率越高
D.线圈的自感系数越小,电路的振荡频率越低
9.(2021春•绵阳期末)如图为LC振荡电路在某时刻的示意图,则( )
A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电
B.若磁场正在增强,则电容器上极板带正电
C.若电容器上极板带负电,则电容器正在充电
D.若电容器上极板带负电,则自感电动势正在阻碍电流减小
10.(2021春•湖州期中)如图甲LC振荡电路中,通过P点电流的(向右为正)变化规律如图乙所示,则( )
A.此电路产生电磁波的频率为0.5Hz
B.0.5×10﹣3s至10﹣3s内,电容器在放电
C.10﹣3s至1.5×10﹣3s内,电容器上极板带正电
D.1.5×10﹣3s至2×10﹣3s内,磁场能正在转化为电场能
11.(2021春•锦江区校级期中)如图所示为LC振荡电路在电磁振荡中电容器极板间电压随时间变化的u﹣t图象( )
A.t1~t2时间内,电路中电流强度不断增大
B.t2~t3时间内,电场能越来越小
C.t3时刻,磁场能为零
D.t3时刻电流方向要改变
12.(2021春•湖州期末)在LC振荡电路中,电容器C带电量q随时间变化图象如图所示,在2×10﹣6s到3×10﹣6s内,关于电容器充放电的判定及由此LC振荡电路产生的电磁波波长,正确结论是( )
A.充电过程,波长为1200mB.充电过程,波长为1500m
C.放电过程,波长为1200mD.放电过程,波长为1500m
13.(2021春•宜宾校级期中)如图所示的LC振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向向上,且电路的电流正在增强,则此时( )
A.该电路正在充电
B.电容器两极板间场强正在变大
C.b点电势比a点高
D.电容器上极板带正电
14.(2021春•武汉校级期中)如图甲所示的LC振荡电路中,通过P点的电流变化规律如图乙所示,且把通过P点向右的电流方向规定为正方向,则( )
A.0.5s至1s时间内的电容器在放电
B.0.5s至1s时间内的电容器的上极板带正电
C.1s至1.5s时间内Q点比P电势高
D.1s至1.5s时间内磁场能正在转变为电场能
15.(2021春•湖州期末)如图所示的LC振荡电路中,某时刻电流i的方向为顺时针,则以下判断正确的是( )
A.若A板带正电,则电流i在增大
B.若电容器在放电,则电流i在减小
C.若电流i减小,则线圈两端电压减小
D.若只减小电容C,则振荡电流周期变小
16.(2021春•安吉县期中)如图所示为LC振荡电路发生电磁振荡时电容器极板间电压随时间变化的u﹣t图象,则下列说法正确的是( )
A.t1﹣t2时间内,电路中电流强度不断增大
B.t2﹣t3时间内,电路中电场能越来越小
C.t3时刻,电路中磁场能为零
D.t3时刻电路中电流方向要改变
二.多选题(共10小题)
17.(2021春•浙江月考)如图为LC振荡电路在t=0时刻的状态,该时刻电容器放电刚结束,电磁振荡的周期T=0.8s,下列说法正确的是( )
A.t=0.1s时,线圈中的自感电动势在增大
B.t=0.3s时,电场方向向下,电场强度大小逐渐减小
C.t=0.5s时,磁感应强度方向向下,大小逐渐减小
D.t=5.68s时,电路中电流正在增大,极板带电量在减小
18.(2021春•绍兴期末)下列图象的描述和判断正确的是( )
A.如图表示此刻电容器正在充电,且之后四分之一周期内电流方向将发生变化
B.如图所示重核裂变反应堆重水慢化剂的作用是控制裂变反应的速度
C.如图电子束的衍射说明了实物粒子的波动性,电子穿过铝箔后不一定落在亮纹处
D.如图可知,装有氡的封闭容器放置3.8天,称量容器质量将会是原来的一半
19.(2021春•枣强县校级月考)用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路,要增大发射电磁波的波长,可采用的做法是( )
A.增大电容器两极板间的距离
B.减小电容器两极板间的距离
C.增大线圈的匝数
D.在电容器两极板间加入电介质
20.(2021春•崇川区校级月考)如图所示为LC振荡电路,当开关S打向右边发生振荡后,下列说法中正确的是( )
A.振荡电流达到最大值时,电容器上的带电量为零
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的一半
21.(2021春•西湖区校级期中)LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图所示,则下列说法正确的是( )
A.此时电路中电流的方向为顺时针
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
22.(2021春•定海区校级月考)如图所示,为理想LC振荡回路,此时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图。下列哪些说法正确( )
A.如图所示的时刻电容器正在放电
B.电路中的磁场能在增加
C.电容器两端的电压在增加
D.把电容器的两极板间距离拉大,振荡电流的频率增大
23.(2020•温州模拟)在如图甲所示的LC振荡电路中,通过P点的电流变化规律如图乙所示,设通过P点的电流向右时为正,则( )
A.0.5s至1s内,电容器在充电
B.0.5s至1s内,电容器的上极板带正电
C.1s至1.5s内,Q点比P点电势高
D.1s至1.5s内,磁场能正在转化为电场能
24.(2021春•秦州区校级月考)如图所示,a为LC振荡电路,通过P点的电流如图b,规定向左的方向为正方向,下列说法正确的是( )
A.0到t1,电容器正在充电,上极板带正电
B.t1到t2电容器正在放电,上极板带负电
C.在t3时刻,线圈中的自感电动势最大,且P为正极
D.在t4时刻,线圈中的自感电动势最大,且P为正极
25.(2021春•焦作月考)如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态,已知电容器中的电场方向与线圈中的磁场方向都向上,则该时刻( )
A.振荡电流正在增大
B.电容器正在充电
C.磁场能正在向电场能转化
D.电场能正在向磁场能转化
26.(2020秋•浙江月考)下列说法中正确的是( )
A.阴极射线和β射线都是电子束
B.频率越高的声波在同一种介质中的传播速度越小
C.如图所示的LC振荡电路中,若电流为顺时针方向,则线圈中的磁感应强度在变小
D.氘核中有1个中子和1个质子,若这两个核子单独存在,它们的总质量比氘核的质量大
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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