2025新高考物理二轮复习【核心素养测评】三十六 电磁振荡 电磁波（练习，含解析）

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1.(6分)(2023·常州模拟)在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制,调制分调幅和调频两种。如图所示,甲是需要输送的低频信号,乙和丙是调制后的电磁波,则下列说法中正确的是( )
A.图甲低频信号可直接发射,且发射效率高
B.在电磁波的发射技术中,图乙是调频波
C.在电磁波的发射技术中,图丙是调幅波
D.通过电谐振可以把需要的电磁波接收下来
2.(6分)(2023·漳州模拟)历史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。关于电磁波技术的应用,下列说法正确的是( )
A.医学上常用X射线杀菌消毒
B.电视机遥控器可用红外遥控
C.铁路、民航等安检口使用紫外线对行李内物品进行检测
D.用烤箱烤面包时,烤箱中会有淡红色的光,这是一种红外线
3.(6分)(科技前沿情境)2023年5月30日,中央电视台对“神舟十六号”飞船与“天和”核心舱自主快速交会对接过程进行了直播,直播画面通过电磁波传送到千家万户。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.有些电磁波是横波,有些电磁波是纵波
B.直播过程中传送的电磁波属于电磁波谱中的无线电波
C.发射电磁波进行信号传递时,只能采用调频一种方式进行调制
D.电磁波能够传递信号,但是不能传播能量
4.(6分)(科技情境)图一为某超声波发生器中的核心元件——压电陶瓷片。为使得压电陶瓷片发生超声振动,需要给它通入同频率的高频电信号。图二为高频电信号发生原理图,已知某时刻电流i的方向指向A极板,且正在增大,下列说法正确的是( )
A.A极板带负电
B.线圈L两端的电压在增大
C.磁场能正在转化为电场能
D.减小自感系数L,超声振动的频率不变
5.(6分)(2023·连云港模拟)LC振荡电路中,电容器两极板上的带电量q随时间t变化的关系如图所示,则( )
A.在t1时刻,电路中的电流为零
B.t2时刻电路中只有电场能
C.在t3时刻,电容器两端电压最大
D.t3~t4时间内,电路中的电流不断增大
【加固训练】
LC振荡电路中电容器极板上电量q随时间t变化的图线如图所示,由图可知( )
A.在t1时刻,电容器的电场能最小
B.t1~t2时间内,电路中的电流不断变小
C.t2~t3时间内,磁场能正在向电场能转化
D.在t4时刻,电路中的电流最小
6.(6分)(2023·洛阳模拟)在图甲所示的LC振荡电路中,电容器两端的电压随时间变化的关系如图乙所示,则( )
A.在t2时刻,电路的磁场能最小
B.在t3时刻,电路中的电流最大
C.在t1~t2时间内,电路的电场能不断减小
D.在t3~t4时间内,电容器所带的电荷量不断增多
【加固训练】
(多选)在LC电路中,电容器两端的电压u随时间t变化的关系图像如图所示,则( )
A.在t1时刻,电路中的电流最大
B.在t2时刻,电路中的磁场能最大
C.从t2至t3时刻,电路中的电场能不断增大
D.从t3至t4时刻,电容器的带电荷量不断增大
7.(6分)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=5 × 10-3 H,电容器电容C=8 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=2π×10-4 s
B.当t=π3×10-4 s时,线圈中产生的自感电动势正在减小
C.当t=5π6×10-4 s时,LC电路中的磁场能正转化为电场能
D.当t=π×10-4 s时,电容器上极板带负电
【加固训练】
(多选)(2023·马鞍山模拟)用电感线圈L和电容C组成如图所示的电路,开关S断开,电容器上带有一定的电荷量。闭合开关S形成LC振荡电路,振荡周期为T,记开关S闭合瞬间为t=0时刻,则( )
A.t=T4时,回路中电流最大
B.t=T2时,线圈中产生的感应电动势最大
C.t=3T4时,电容器两极板间的电场强度最大
D.若增大电容器两极板的间距,振荡周期增大
【综合应用练】
8.(6分)(2023·扬州模拟)如图所示,为了测量储罐中不导电液体的高度,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中,电容C可通过单刀双掷开关S与电感L或电源相连。当开关从a拨到b时,由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流。在该LC振荡电路中,某一时刻的磁场方向、电场方向如图所示,则下列说法正确的是( )
A.此时电容器正在充电
B.振荡电流正在减小
C.当储罐内的液面高度降低时,LC电路振荡电流的频率升高
D.当开关从a拨到b时开始计时,经过时间t,电感L上的电流第一次达到最大,则该LC电路中的振荡周期为2t
9.(6分)(2023·淮安模拟)如图甲所示,电感线圈L的直流电阻不计,闭合开关S,待电路达到稳定状态后断开开关S,LC电路中将产生电磁振荡。从开关S断开计时,线圈中的磁场能EB随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法中不正确的是( )
A.LC电路振荡周期为2×10-3 s
B.在1×10-3 s时,电容器右极板带正电
C.电容器中最大的电场能为2.5×10-2 J
D.0~1×10-3 s时间内与1×10-3~2×10-3 s时间内电路中的电流方向相反
10.(6分)(2023·眉山模拟)LC振荡电路的振荡周期为T,t=0时刻线圈中的磁场最强,方向如图所示。LC振荡电路中的电流为i,电容器极板a带的电荷量为q,线圈中储存的磁场能为E磁(与通过线圈的电流的平方成正比),极板间储存的电场能为
E电(与电容器所带的电荷量的平方成正比),以a极板所带的正电荷增加时的电流方向为正。下列图像可能正确的是( )
【情境创新练】
11.(6分)(2023·佛山模拟)某人设计了如图所示的LC振荡电路来测量微小物体所受的重力,电容器的上极板是一片弹性金属薄膜,微小物体放置在金属膜中央会使其下凹,测量时先把开关拨到a,电路稳定后再把开关拨到b。通过电流传感器测出电流的频率就能测量出微小物体所受的重力。已知该电路振荡电流的频率满足以下关系式f=12πLC,则下列说法正确的是( )
A.物体质量越大,开关拨向a时,电容器存储的电量越小
B.开关由a拨向b瞬间,流经电流传感器的电流最大
C.开关由a拨向b后,该LC电路发生阻尼振荡,但周期不变
D.测量时,传感器检测到的电流频率越大,表示物体质量越大
【加固训练】
图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图:预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路,当车辆靠近地感线圈时,线圈自感系数变大,使得振荡电流频率发生变化,检测器将该信号发送至车牌识别器,从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙,则下列有关说法错误的是( )
A.t1时刻电容器间的电场强度为最小值
B.t1~t2时间内,电容器处于充电过程
C.汽车靠近线圈时,振荡电流频率变小
D.从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈
解析版
1.(6分)(2023·常州模拟)在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制,调制分调幅和调频两种。如图所示,甲是需要输送的低频信号,乙和丙是调制后的电磁波,则下列说法中正确的是( )
A.图甲低频信号可直接发射,且发射效率高
B.在电磁波的发射技术中,图乙是调频波
C.在电磁波的发射技术中,图丙是调幅波
D.通过电谐振可以把需要的电磁波接收下来
【解析】选D。图甲低频信号可直接发射,但发射效率低,选项A错误;在电磁波的发射技术中,图乙是调幅波,选项B错误;在电磁波的发射技术中,图丙是调频波,选项C错误;电谐振是当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强的现象,通过电谐振可以把需要的电磁波接收下来,选项D正确。
2.(6分)(2023·漳州模拟)历史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。关于电磁波技术的应用,下列说法正确的是( )
A.医学上常用X射线杀菌消毒
B.电视机遥控器可用红外遥控
C.铁路、民航等安检口使用紫外线对行李内物品进行检测
D.用烤箱烤面包时,烤箱中会有淡红色的光,这是一种红外线
【解析】选B。医学上常用紫外线杀菌消毒,选项A错误;红外线可以用于遥控器,遥控器发出红外线,电视机接收红外线,实现无线控制,选项B正确;铁路、民航等安检口使用X射线对行李内物品进行检测,选项C错误;用烤箱烤面包时,烤箱中会有淡红色的光,这是一种可见光,红外线是不可见的,选项D错误。
3.(6分)(科技前沿情境)2023年5月30日,中央电视台对“神舟十六号”飞船与“天和”核心舱自主快速交会对接过程进行了直播,直播画面通过电磁波传送到千家万户。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.有些电磁波是横波,有些电磁波是纵波
B.直播过程中传送的电磁波属于电磁波谱中的无线电波
C.发射电磁波进行信号传递时,只能采用调频一种方式进行调制
D.电磁波能够传递信号,但是不能传播能量
【解析】选B。电磁波都是横波,选项A错误;直播过程中传送的电磁波属于电磁波谱中的无线电波,选项B正确;发射电磁波进行信号传递时,可以采用调频、调幅两种方式进行调制,选项C错误;电磁波既能够传递信号,也能传播能量,选项D错误。
4.(6分)(科技情境)图一为某超声波发生器中的核心元件——压电陶瓷片。为使得压电陶瓷片发生超声振动,需要给它通入同频率的高频电信号。图二为高频电信号发生原理图,已知某时刻电流i的方向指向A极板,且正在增大,下列说法正确的是( )
A.A极板带负电
B.线圈L两端的电压在增大
C.磁场能正在转化为电场能
D.减小自感系数L,超声振动的频率不变
【解析】选A。电流方向指向A极板且增大说明电容器在放电,所以B极板带正电,A极板带负电,选项A正确;电容器放电的过程电场能转化为磁场能,电容器两极板间的电势差减小,线圈L两端的电压减小,选项B、C错误;减小自感系数,由电磁振荡的频率公式f=12πLC,可知振荡频率增大,可以增大超声振动的频率,选项D错误。
5.(6分)(2023·连云港模拟)LC振荡电路中,电容器两极板上的带电量q随时间t变化的关系如图所示,则( )
A.在t1时刻,电路中的电流为零
B.t2时刻电路中只有电场能
C.在t3时刻,电容器两端电压最大
D.t3~t4时间内,电路中的电流不断增大
【解题指导】解答本题可按以下思路进行:
(1)在LC振荡电路中,当电容器在放电过程,电场能在减少,磁场能在增加,回路中电流在增加,电容器上的电量在减少。
(2)电容器在充电过程,电场能在增加,磁场能在减小,回路中电流在减小,电容器上的电量在增加。
【解析】选B。由题图可知,在t1时刻,电容器极板上的电荷量是零,由电磁振荡的特点可知,t1时刻为电容器放电结束时刻,电路中的电流最大,选项A错误;由题图可知,t2时刻电容器极板上的电荷量最大,电路中只有电场能,选项B正确;由题图可知,在t3时刻,电容器极板上的电荷量是零,是电容器放电结束时刻,电容器两端电压最小,选项C错误;由题图可知,t3~t4时间内,电容器极板上的电荷量不断增大,对电容器充电,电路中的电流不断减小,选项D错误。
【加固训练】
LC振荡电路中电容器极板上电量q随时间t变化的图线如图所示,由图可知( )
A.在t1时刻,电容器的电场能最小
B.t1~t2时间内,电路中的电流不断变小
C.t2~t3时间内,磁场能正在向电场能转化
D.在t4时刻,电路中的电流最小
【解析】选C。在t1时刻电容器极板上的电量q最大,说明电容器充电完毕还未放电,电容器的电场能最大,选项A错误;t1~t2时间内,电容器极板上的电量q不断变小,说明电容器在放电,电路中的电流不断变大,选项B错误;t2~t3时间内,电容器极板上的电量q不断增加,即电容器不断充电,磁场能正在向电场能转化,选项C正确;在t4时刻电容器极板上的电量q是零,即电容器放电完毕,电路中的电流最大,选项D错误。
6.(6分)(2023·洛阳模拟)在图甲所示的LC振荡电路中,电容器两端的电压随时间变化的关系如图乙所示,则( )
A.在t2时刻,电路的磁场能最小
B.在t3时刻,电路中的电流最大
C.在t1~t2时间内,电路的电场能不断减小
D.在t3~t4时间内,电容器所带的电荷量不断增多
【解析】选C。在t2时刻,电容器两端的电压是零,是放电完毕时刻,电流最大,电路中的磁场能最大,选项A错误;在t3时刻,电容器两端的电压最大,是充电完毕时刻,电流最小,选项B错误;在t1~t2时间内,电容器两端的电压减小,是电容器开始放电到放电完毕时刻,电容器电荷量减小,是电场能转化为磁场能,电路的电场能不断减小,选项C正确;在t3~t4时间内,电容器两端的电压减小,是电容器开始放电到放电完毕时刻,电容器电荷量减小,选项D错误。
【加固训练】
(多选)在LC电路中,电容器两端的电压u随时间t变化的关系图像如图所示,则( )
A.在t1时刻,电路中的电流最大
B.在t2时刻,电路中的磁场能最大
C.从t2至t3时刻,电路中的电场能不断增大
D.从t3至t4时刻,电容器的带电荷量不断增大
【解析】选A、D。在t1时刻,电容器两端的电压u为0,则电容器所带电荷量为0,电路中的电场能最小,磁场能最大,此时电路中的电流最大,选项A正确;在t2时刻,电容器两端的电压u最大,则电容器所带电荷量最大,电路中的电场能最大,磁场能最小,选项B错误;从t2至t3时刻,电容器两端的电压u逐渐减小,则电容器所带电荷量逐渐减小,电路中的电场能不断减小,选项C错误;从t3至t4时刻,电容器两端的电压u逐渐增大,则电容器的带电荷量不断增大,选项D正确。
7.(6分)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=5 × 10-3 H,电容器电容C=8 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=2π×10-4 s
B.当t=π3×10-4 s时,线圈中产生的自感电动势正在减小
C.当t=5π6×10-4 s时,LC电路中的磁场能正转化为电场能
D.当t=π×10-4 s时,电容器上极板带负电
【解析】选B。根据T=2πLC,代入数据有T=4π × 10-4 s,选项A错误;当t=π3×10-4 s【加固训练】
(多选)(2023·马鞍山模拟)用电感线圈L和电容C组成如图所示的电路,开关S断开,电容器上带有一定的电荷量。闭合开关S形成LC振荡电路,振荡周期为T,记开关S闭合瞬间为t=0时刻,则( )
A.t=T4时,回路中电流最大
B.t=T2时,线圈中产生的感应电动势最大
C.t=3T4时,电容器两极板间的电场强度最大
D.若增大电容器两极板的间距,振荡周期增大
【解析】选A、B。根据题意可知,开关S闭合瞬间为t=0时刻,电容器开始放电,电流增大,电流与时间呈现正弦式变化,当t=T4时,回路中放电电流达到最大值,选项A正确;t=T4时刻电容器处于反向充电状态,电流减小,由于电流与时间呈现正弦式变化,图像斜率的绝对值表示感应电动势的大小,在t=T2时,电流为0,电流—时间图像的斜率的绝对值达到最大值,可知t=T2时,线圈中产生的感应电动势最大,选项B正确;根据上述可知,t=T2时,充电结束,电容器又开始放电,电流反向增大,t=3T4时,电容器放电结束,电流达到最大,电容器极板所带电荷量最小,电容器两极板间的电场强度最小,选项C错误;根据T=2πLC,C=εrS4πkd可知,若增大电容器两极板的间距,电容器的电容减小,则振荡周期减小,选项D错误。
【综合应用练】
8.(6分)(2023·扬州模拟)如图所示,为了测量储罐中不导电液体的高度,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中,电容C可通过单刀双掷开关S与电感L或电源相连。当开关从a拨到b时,由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流。在该LC振荡电路中,某一时刻的磁场方向、电场方向如图所示,则下列说法正确的是( )
A.此时电容器正在充电
B.振荡电流正在减小
C.当储罐内的液面高度降低时,LC电路振荡电流的频率升高
D.当开关从a拨到b时开始计时,经过时间t,电感L上的电流第一次达到最大,则该LC电路中的振荡周期为2t
【解析】选C。根据图中电场方向可知此时电容器右极板带正电,左极板带负电,由磁场方向可知电流方向由正极板流向负极板,故此时电容器正在放电,振荡电流正在增大,选项A、B错误;根据电容的决定式C=εrS4πkd,当储罐内的液面高度降低时,可知此时εr减小,电容变小,由T=2πLC,可得此时振荡周期减小,频率变大,选项C正确;开关从a拨到b时,此时电容器开始放电,当电感L上的电流第一次达到最大时,此时经过14T,故该LC电路中的振荡周期为4t,选项D错误。
9.(6分)(2023·淮安模拟)如图甲所示,电感线圈L的直流电阻不计,闭合开关S,待电路达到稳定状态后断开开关S,LC电路中将产生电磁振荡。从开关S断开计时,线圈中的磁场能EB随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法中不正确的是( )
A.LC电路振荡周期为2×10-3 s
B.在1×10-3 s时,电容器右极板带正电
C.电容器中最大的电场能为2.5×10-2 J
D.0~1×10-3 s时间内与1×10-3~2×10-3 s时间内电路中的电流方向相反
【解题指导】解答本题应注意以下三点:
(1)t=0时刻磁场能最大,然后逐渐减小,说明磁场能向电场能转化,电容器正在充电。
(2)磁场能的周期是振荡电路中振荡电流、电容器所带电量或电压周期的一半。
(3)根据能量守恒,最大磁场能等于电场能。
【解析】选A。t=0时刻断开开关S,电感线圈与电容器构成振荡电路,电感线圈中的电流从某一最大值开始减小,产生自感电动势对电容器充电,磁场能转化为电场能。电容器所带电荷量从零开始增加,当线圈中的电流减为零时,电容器充满电,所带电荷量达到最大;振荡电路经过14T时,磁场能为零,电场能最大,电容器中最大的电场能为2.5×10-2 J。随后电容器放电,所带电荷量减小,电感线圈中的电流反向增加,电场能转化为磁场能,形成振荡电路,故LC电路振荡周期为4×10-3 s,选项C正确, A错误;没断开开关前,线圈与R串联,由于线圈的电阻不计,所以线圈两端的电压为零,电容器两极板所带的电荷量为零,此时通过线圈的电流自左向右。当断开开关时,线圈开始给电容器充电,电流逐渐减小,经过14个周期(t=π2LC时刻)充电电流减小到最小,此时电容器所带的电荷量最多(左极板带负电,右极板带正电),线圈L的感应电动势最大,选项B正确;相邻的充、放电时间内,电荷的运动方向相反,电流方向相反,选项D正确。
10.(6分)(2023·眉山模拟)LC振荡电路的振荡周期为T,t=0时刻线圈中的磁场最强,方向如图所示。LC振荡电路中的电流为i,电容器极板a带的电荷量为q,线圈中储存的磁场能为E磁(与通过线圈的电流的平方成正比),极板间储存的电场能为
E电(与电容器所带的电荷量的平方成正比),以a极板所带的正电荷增加时的电流方向为正。下列图像可能正确的是( )
【解析】选C。由题意可知t=0时刻线圈中的磁场最强,电路中电流最大,此时电容器电场能最小,电容器所带电荷量最小,根据安培定则可知,此时电流方向流向b板,电容器正在充电,电流为负方向,选项A、B错误;t=0时刻电容器所带电荷量为零,之后磁场能转化为电场能,由于能量是标量,因此线圈中磁场能、电场能均在横轴上方,且图像是平滑的,选项C正确,D错误。
【情境创新练】
11.(6分)(2023·佛山模拟)某人设计了如图所示的LC振荡电路来测量微小物体所受的重力,电容器的上极板是一片弹性金属薄膜,微小物体放置在金属膜中央会使其下凹,测量时先把开关拨到a,电路稳定后再把开关拨到b。通过电流传感器测出电流的频率就能测量出微小物体所受的重力。已知该电路振荡电流的频率满足以下关系式f=12πLC,则下列说法正确的是( )
A.物体质量越大,开关拨向a时,电容器存储的电量越小
B.开关由a拨向b瞬间,流经电流传感器的电流最大
C.开关由a拨向b后,该LC电路发生阻尼振荡,但周期不变
D.测量时,传感器检测到的电流频率越大,表示物体质量越大
【解析】选C。物体质量越大,金属膜被压弯的程度越大,平行板间的距离减小,由C=εrS4πkd知,电容器的电容增大。开关拨向a时,电势差不变,物体质量越大,电容器的电容越大,电容器存储的电量Q=CU越大,选项A错误;开关由a拨向b瞬间,产生振荡电流,流经电流传感器的电流为零,选项B错误;振荡电流的周期为T=2πLC,开关由a拨向b后,电容不变,振荡电流周期不变,选项C正确;测量时,传感器检测到的电流频率越大,由f=12πLC知电容越小,由C=εrS4πkd得平行板间的距离越大,表示物体质量越小,选项D错误。
【加固训练】
图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图:预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路,当车辆靠近地感线圈时,线圈自感系数变大,使得振荡电流频率发生变化,检测器将该信号发送至车牌识别器,从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙,则下列有关说法错误的是( )
A.t1时刻电容器间的电场强度为最小值
B.t1~t2时间内,电容器处于充电过程
C.汽车靠近线圈时,振荡电流频率变小
D.从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈
【解析】选D。t1时刻电流最大,线圈中磁场能最大,电容器中电场能最小,电容器间的电场强度为最小值,选项A正确;t1~t2时间内,电流逐渐减小,线圈中磁场能减小,电容器中电场能增大,电容器处于充电过程,选项B正确;当车辆靠近地感线圈时,线圈自感系数变大,根据T=2πLC可知周期变大,频率变小,选项C正确;从图乙波形图可知周期越来越小,频率越来越大,汽车正远离地感线圈,选项D错误。