高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡课堂检测

第四章　电磁振荡与电磁波

1　电磁振荡

基础过关练

题组一　电磁振荡的产生

1.(2021河南南阳方城第一高级中学高二期中改编)(多选)LC振荡电路在某一时刻的电场和磁场方向如图所示。下列说法中正确的是              (　　)

A.电容器正在充电

B.电路中电流沿顺时针方向

C.电容器正在放电

D.电路中电流沿逆时针方向

2.(多选)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的极板带电情况分别如图所示,则下列说法中正确的是              (深度解析)

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增大状态

D.在t2时刻电路中的电流处在增大状态

题组二　电磁振荡中的能量变化

3.(2021海南东方中学高二期中)LC振荡电路中电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图所示,则              (深度解析)

A.在t1时刻,电路中的电流最大

B.在t2时刻,电路中的磁场能最小

C.从t2~t3,电路中的电场能不断增大

D.从t3~t4,电容器的带电荷量不断增大

4.(2020浙江稽阳联谊学校高三联考)如图所示是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先把电容器充满电,t=0时如图(a)所示,电容器中的电场强度最大,电容器开始放电。t=0.02 s时如图(b)所示,LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值,则              (　　)

A.0~0.02 s时间内,电流逐渐减小

B.t=0.05 s时,回路中的电流方向与图(b)中所示电流方向相同

C.t=0.06 s时,线圈中的磁场能最大

D.t=0.10 s时,线圈中的电场能最大

题组三　电磁振荡的周期和频率

5.(多选)一平行板电容器与一电感线圈组成振荡电路,要使此振荡电路的周期变大,以下措施中可行的是              (深度解析)

A.减小电容器两极板间的距离

B.减少线圈的匝数

C.增大电容器两极板的正对面积

D.减小电容器两极板间的距离的同时减少线圈的匝数

6.(多选)把一根软铁棒插入LC振荡电路的线圈中,其他条件保持不变,则电路的              (　易错　)

A.固有频率变大　　　B.固有周期变大

C.最大磁场能不变　　　D.最大电压增大

7.某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关,如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L=2.5×10-3 H,电容器电容C=4 μF,在电容器开始放电时(取t=0),上极板带正电,下极板带负电,则　              (　　)

A.LC振荡电路的周期T=π×10-4 s

B.当t=π×10-4 s时,电容器上极板带正电

C.当t=×10-4 s时,电路中电流方向为顺时针

D.当t=×10-4 s时,电场能正转化为磁场能

能力提升练

题组一　LC振荡电路各量变化的对应关系

1.(2021山东济宁高二期中,)在如图所示的LC振荡电路中,已知某时刻电流i流向A极板,且正在增大,则此时              (　　)

A.B极板带负电

B.A、B两极板间的电压在增大

C.电容器C正在充电

D.电场能正在转化为磁场能

2.(2021浙江绍兴诸暨中学高二期中,)如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态,则该时刻              (　　)

A.振荡电流i在增大

B.电流的变化率大小在增加

C.电场能正在向磁场能转化

D.再经过0.75个周期,电流方向与此时相反

3.(2021浙江杭州长征中学高二期中,)如图所示,单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S打到b端,已知线圈中的磁场能连续两次达到最大的时间间隔为0.01 s,不考虑振荡过程中的能量损失,下列说法正确的是              (　　)

A.电容器两端电压与其所带电荷量成反比

B.电容器两端电压最大时所储存的电场能最小

C.t=1.005 s时,M点与N点的电势相等

D.t=1.00 s至t=1.01 s内,电容器一直放电

题组二　LC电磁振荡中的图像问题

4.(2021山东临沂高二期中,)振荡电路中,电容器两极板上的电荷量q随时间t变化的关系如图所示,则(　　)

A.在t1时刻,电路中的电流为0

B.在t2时刻,电路中只有磁场能

C.在t3时刻,电感线圈两端电压为0

D.t3~t4时间内,电路中的电流不断增大

5.(2021山东枣庄高二期中,)如图所示是一个LC振荡电路中电流的变化图线,下列说法正确的是              (　　)

A.t1时刻电感线圈两端电压最大

B.t1时刻电路中只有电场能

C.t1时刻电容器所带电荷量为零

D.t2时刻电容器两极板间电压为零

6.(2020浙江温州模拟,)如图甲所示的LC振荡电路中,通过P点的电流(向右为正)的变化规律如图乙所示,则              (深度解析)

A.0~0.5 s内,电容器C正在充电

B.0.5~1 s内,电容器C上极板带正电

C.1~1.5 s内,Q点的电势比P点的电势高

D.1~1.5 s内,磁场能转化为电场能

7.()(多选)如图所示,L为一电阻可忽略的线圈,D为一灯泡,C为电容器,开关S处于闭合状态,灯泡D正常发光。现突然断开S,并开始计时,下列选项中能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i(规定顺时针方向为正)随时间变化规律的是(图中q为正值表示a极板带正电)(　　)

第四章　电磁振荡与电磁波

1　电磁振荡

基础过关练

1.CD　电容器上极板带正电,因为磁场方向向上,电路中电流方向为逆时针,所以电容器正在放电,故选C、D。

2.BC　由题图可知,t1时刻产生磁场的电流沿顺时针方向,则此时电容器正在放电,放电电流逐渐增大,选项A错误,C正确;t2时刻产生磁场的电流沿顺时针方向,则此时电容器正在充电,充电电流逐渐减小,选项B正确,D错误。

方法技巧

若电流流向负极板,则为放电过程;若电流流向正极板,则为充电过程。若题目已知电流产生的磁场方向,则根据安培定则判断出电流的方向,然后可判断出是充电过程还是放电过程。

3.C　由题图可知,t1时刻电容器两端电压最高,电路中的振荡电流为零;t2时刻电容器两端电压为零,电路中的振荡电流最强,磁场能最大,A、B错误;在t2至t3时间内,电容器两端电压增大,则电场能增大,故C正确;在t3至t4时间内,电容器两端电压减小,带电荷量减少,故D错误。

4.C　根据题述,t=0时电容器充满电,开始放电,t=0.02 s时LC回路中线圈上电流第一次达到最大值,可知0~0.02 s时间内电流逐渐增大,A错误;根据LC振荡电路规律,0.04 s时电流再次为零,然后电容器反向放电,t=0.05 s时回路中的电流方向与图(b)中电流方向相反,选项B错误;线圈中电流最大时磁场能最大,则0.06 s和0.10 s时磁场能最大,电场能最小,选项C正确D错误。

5.AC　由于LC振荡电路的周期T=2π,所以要想增大周期,可以增大电容和自感系数。减小电容器两极板间的距离会增大电容,周期变大,选项A措施可行;减少线圈的匝数会使线圈的自感系数减小,周期变小,选项B措施不可行;增大电容器两极板的正对面积会增大电容,则周期变大,选项C措施可行;减小电容器两极板间的距离的同时减少线圈的匝数,C增大,L减小,则周期不一定增大,选项D措施不可行。

方法技巧

(1)影响电感线圈自感系数L大小的因素:线圈的形状、大小、匝数以及有无铁芯。(2)影响电容器电容大小的因素:两极板的正对面积S、两板间电介质的相对介电常数εr以及两板间距d。由C=(平行板电容器的电容),不难判断εr、S、d变化时,电容C的变化。

6.BC　LC振荡电路的线圈内插入软铁棒时,线圈的自感系数L增大,由T=2π和f=知,选项B正确,A错误;电容器电容不变,最大电荷量不变,故最大电压不变,最大电场能不变,最大磁场能不变,选项C正确,D错误。

易混易错

在LC振荡电路中,若振荡过程中无能量损失,也不受其他外界条件影响,此时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率,简称振荡电路的周期和频率,其大小只与电感L和电容C有关。

7.C　LC振荡电路的周期T=2π=2π× s=2π×10-4 s,选项A错误;当t=π×10-4 s=时,电容器反向充满电,所以电容器上极板带负电,选项B错误;当t=×10-4 s时,即0<t<,电容器正在放电,电路中电流方向为顺时针方向,故C正确;当t=×10-4 s,即<t<,电容器处于反向充电过程,磁场能正在转化为电场能,D错误。

能力提升练

1.D　通过图示电流方向且电流正在增大知,电容器正在放电,电容器上极板A带负电,下极板B带正电,振荡电流增大,电容器上的电荷量正在减小,由U=知A、B两极板间的电压在减小,电场能正在向磁场能转化,D正确,A、B、C错误。

2.B　图示电流流向正极板,可知电容器在充电,振荡电流减小,且电流变化得越来越快,即电流变化率大小在增加,电容器上的电荷量正在增大,磁场能正在向电场能转化。由电容器充、放电规律可知,再经过0.75个周期,电流方向与此时相同,故选项B正确。

3.C　由Q=CU可得,电容器两端电压与其所带电荷量成正比,所以A错误;电容器两端电压最大时所储存的电场能最大,所以B错误;已知线圈中的磁场能连续两次达到最大的时间间隔为0.01 s,则周期T=0.02 s,t=1.005 s=50T时,电流达到最大值,电容器放电完毕,电荷量为0,则M点与N点的电势相等,所以C正确;t=1.00 s至t=1.01 s内,Δt=T,电容器先放电后反向充电,所以D错误。

4.C　由题图可知在t1时刻,电容器极板上的电荷量为零,根据电磁振荡的特点可知,t1时刻电容器放电结束,电路中的电流最大,故A错误;在t2时刻,电容器极板上的电荷量最大,电路中只有电场能,故B错误;在t3时刻,电容器极板上的电荷量为零,电容器放电结束,电感线圈两端电压为零,故C正确;在t3~t4时间内,电容器极板上的电荷量逐渐增加,电容器充电,电路中的电流不断减小,故D错误。

5.C　在t1时刻,电路中的电流最大,说明放电结束,则磁场能最大,电场能最小,电容器所带电荷量为零,电压也为零,A、B错误,C正确;在t2时刻,电路中的电流为零,则磁场能最小,电场能最大,电容器两极板间电压也最大,D错误。

6.C　由题图乙知,0~0.5 s内,电流逐渐增大,可知电容器正在放电,选项A错误;0.5~1 s内,电流沿正方向逐渐减小,是充电过程,电容器C上极板带负电,下极板带正电,选项B错误;1~1.5 s内,电流沿负方向逐渐增大,是放电过程,Q点的电势比P点的电势高,且放电过程中电场能转化为磁场能,选项C正确,选项D错误。

导师点睛

在电磁振荡中,电流对应于磁场能,电流最大时磁场能最大;电容器所带电荷量对应于电场能,电容器所带电荷量最大时电场能最大,电流为零,磁场能最小;电流从零逐渐增大到最大的过程中,磁场能增大,电场能减小;电流从最大逐渐减小到零的过程中,磁场能减小,电场能增大。

7.BC　S闭合时,电容器两端的电压为零,根据Q=CU知,其所带的电荷量为零。断开S,线圈L中产生自感电动势,电容器C充电,此时LC回路中电流沿顺时针方向(正向)且最大,a板带负电,b板带正电,前周期内,充电电流逐渐减小,电容器极板上的电荷量逐渐增多。综上可知,B、C正确,A、D错误。