高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡同步达标检测题

第13讲 电磁振荡

知识点01 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．

【知识拓展1】

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．

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 ↓i、B、EB↓.

【即学即练1】LC振荡电路中，某时刻线圈的磁场方向如图所示，则下列说法中错误的是（　　）

A．若线圈的磁场正在减弱，则电容器上极板带正电

B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电

C．若电容器上极板带正电，则线圈中的电流正在增大

D．若电容器正在放电，则线圈的自感电动势正在阻碍电流增大

知识点02  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＝2π，f＝.

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)．

【知识拓展2】

1．LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝.

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＝2π，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＝2π，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′＝＝π.

【即学即练2】如图所示为一个LC振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断（　　）

A．t1时刻电感线圈两端的电压最大

B．t2时刻电容器两极板间电压为零

C．在t2~t3时间内，电路中的电场能不断增大

D．在t3~t4时间内，电容器所带电荷量不断增大

考法01  电磁振荡的产生及能量

【典例1】在如图所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，下列说法正确的是（　　）

A．A板带正电  B．A、B两板间的电压在增大

C．电容器C正在放电  D．磁场能正在转化为电场能

考法02  电磁振荡的周期和频率

【典例2】在如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定电路中振荡电流逆时针方向为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是（　　）

A． B． C． D．

题组A  基础过关练

1．如图所示是一台电子钟，其原理类似于摆钟，摆钟是利用单摆的周期性运动计时，电子钟是利用LC振荡电路来计时。有一台电子钟在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快。造成这种现象的不可能原因是（　　）

A．不变，变大了 B．不变，变小了

C．变小了，不变 D．、均变小了

2．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．电容器正在放电

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

3．如图所示的电路，电阻，电容，电感，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”，图中回路开始电磁振荡，振荡开始后时，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

4．如图所示，为某LC振荡电路图，电路中电容器极板上的电量随时间变化的曲线如图所示。则以下说法正确的是（　　）

A．该电路可以有效的把电磁波发射出去

B．过程中，线圈的磁场能逐渐变小

C．b、d两时刻电路中电流最大

D．a、c两时刻电路中电流最大

5．如图所示是LC振荡电路及其中产生的振荡电流随时间变化的图像，电流的正方向规定为顺时针方向，则在t1到t2时间内，电容器C的极板上所带电量及其变化情况是（　　）

A．上极板带正电，且电量逐渐增加，电场能逐渐增加

B．上极板带正电，且电量逐渐减小，电场能逐渐减小

C．下极板带正电，且电量逐渐增加，磁场能逐渐增加

D．下极板带正电，且电量逐渐减小，磁场能逐渐减小

6．回旋加速器中的磁感应强度为B，被加速粒子的电荷量为，质量为m，用LC振荡器作为带电粒子加速的交流高频电源，电感L和电容C的数值应该满足的关系为（　　）

A． B． C． D．

7．如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。 时开关S打到b端， 时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则（　　）

A．LC回路的周期为0.04s B．LC回路的电流最大时电容器中电场能最大

C． 时线圈中电场能最大 D． 时回路中电流沿顺时针方向

8．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

9．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．电路里的磁场最强

C．电场能已有一部分转化成磁场能 D．磁场能已有一部分转化成电场能

10．在LC电路中发生电磁振荡时，以下说法正确的是（　　）

A．电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期

B．当电容器放电完毕瞬间，回路中的电流为零

C．提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大

D．要提高振荡频率，可减小电容器极板间的正对面积

题组B  能力提升练

1．如图所示，图为振荡电路，通过点的电流如图，规定通过点向左的电流方向为正方向，下列说法正确的是（　　）

A．在时刻，线圈中的磁场能最大

B．在时刻，电容器的电场能最大

C．0到电容器正在充电，上极板带正电

D．到电容器正在放电，上极板带负电

2．如图所示，一回路的线圈电感，电容器电容，电容器两板最大电压为。在电容器开始放电时设为零时刻，上极板带正电，下极板带负电，则（　　）

A．此振荡电路的周期为

B．前内的平均电流约为

C．当时，电路中磁场能最大

D．当时，电容器上板带正电荷

3．近场通信（NFC）是一种短距高频的无线电技术，其主要结构就是线圈和电容组成的类似LC振荡电路的并联谐振电路，其终端有主动、被动和双向三种模式，最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等，刷卡时，电路发生电谐振，给电容器充电，达到一定电压后，在读卡设备发出的射频场中响应，被读或写入信息。下列说法正确的是（　　）

A．LC电路的电容器在充电时，电流增大

B．LC电路中，电容器充电时，线圈中自感电动势减小

C．如果增大LC电路中电容器两极板间距离，振荡周期将减小

D．电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改变的技术叫电谐振

4．常用的公交一卡通IC卡内部有一个由电感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路。公交车上的读卡机向外发射某一特定频率的电磁波，刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容器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．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池

B．当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡就能有效工作

C．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流

D．IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息

5．如图甲所示电路中，把开关K扳到1，电源对电容器充电，待充电完毕，把开关K扳到2，电容器与带铁芯的线圈L组成的振荡电路中产生振荡电流，电流传感器能实时显示流过电容器的电流，电流向下流过传感器的方向为正方向。如图乙所示的1、2、3、4是某同学绘制的四种电流随时间变化的图像。下列说法正确的是（　　）

A．K扳到1时电流如图线1所示，K扳到2时电流如图线4所示

B．K扳到1时电流如图线2所示，K扳到2时电流如图线3所示

C．换用电动势更大的电源，振荡电流的周期将变大

D．拔出线圈的铁芯，振荡电流的频率将降低

6．如图所示，储罐中有不导电液体，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成电容为C的电容器置于储罐中，电容器可通过开关S与自感系数为L线圈或电源相连．当开关从a拨到b开始计时，L与C构成的回路中产生振荡电流，则时间内（　　）

A．线圈中的电流增大  B．线圈中的自感电动势减小

C．电容器极板间的电场强度增大 D．电容器极板上的电荷量减小

7．下列说法正确的是（　　）

A．医学诊断时用“B超”仪器探测人体内脏，是利用超声波的多普勒效应

B．图（a）中如果灯泡灯丝突然烧断，会引起原线圈电流突然增大

C．图（b）中磁铁上下振动时，磁铁下端放一金属线圈，让磁铁振动时穿过它，它将对磁铁产生明显的阻尼

D．图（c）中LC振荡电路中，如果磁场在增大，那么电容器在放电且电容器上极板带正电

8．LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如图所示，若，则（　　）

A．在t1时刻电容器正充电 B．在t2时刻电容器两极板间电场正在增强

C．在t1时刻电路中电流正在减小 D．在t2时刻自感线圈中磁场正在增强

9．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图象　　

A．时间内，电路中电流强度不断增大 B．时间内，电场能越来越小

C．时刻，磁场能为零 D．时刻电流方向要改变

10．如图所示，LC电路中，电容C为0.4μF，电感L为1mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时，极板间有一带电灰尘恰好处于静止状态。当开关S闭合时，灰尘开始在电容器内运动（设灰尘未与极板相碰），此时开始计时，在一个振荡周期内，下列说法正确的是（　　）

A．时，回路中电流变化最快 B．时，灰尘的速度最大

C．时，灰尘的加速度最大 D．时，线圈中磁场能最大

题组C  培优拔尖练

11．麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。如图所示，若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流，则下列说法中正确的是（　　）

A．电容器正在充电

B．两平行板间的电场强度E在减小

C．该变化电场产生顺时针方向（俯视）的磁场

D．两极板间电场最强时，板间电场产生的磁场达到最大值

12．某时刻LC振荡电路的状态如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．此时刻电场能正在向磁场能转化

B．此时刻磁场能正在向电场能转化

C．在一个周期内，电场能向磁场能转化完成两次

D．在一个周期内，磁场能向电场能转化完成一次

13．振荡电路在测量、自动控制、无线电通讯及遥控等许多领域有广泛应用。在LC振荡电路中，某时刻线圈中的磁场及电容器中的电场如图所示，在该时刻，下列说法正确的是（　　）

A．电容器极板上的电荷量正在增大 B．电路中的电流正在增大

C．线圈中感应电动势正在增大 D．振荡电路中电场能正在向磁场能转化

14．关于LC振荡电路，某一时刻的电场线、磁感线方向如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．电容器正在放电，电场能正在减小

B．电容器正在充电，磁场能正在减小

C．电流正在增大，电场强度正在增大

D．电流正在减小，电场强度正在增大

15．在某一LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，从电容器上电压达到最大值开始计时，即t=0，则有（　　）

A．至少经过，磁场能达到最大

B．至少经过，磁场能达到最大

C．在0到时间内，电路中的平均电流为

D．在0到时间内，电容器放出的电荷量为

16．如图甲所示为LC振荡电路，用电流传感器可以将快速变化的电流显示在计算机屏幕上，如图乙所示。规定图甲中标注的电流方向为正方向，下列说法正确的是（　　）

A．状态a时刻电容器正在充电

B．状态b和d电容器两端的电压相等

C．状态a和c电容器极板的电性相反

D．造成电流i不断衰减的主要原因是电路中电阻发热和向外辐射电磁波

17．实验室里有一水平放置的平行板电容器，知道其电容C=1 μF。在两极板上带有一定电荷时，发现一带负电的粉尘恰好静止在两极板间。手头上还有一个电感L=0.1 mH的电感器，现连成如图所示电路，分析以下问题：（重力加速度为g）

（1）从S闭合时开始计时，至少经过多长时间电容器电场方向向上？此时粉尘的加速度大小是多少？

（2）从S闭合时开始计时，至少经过多长时间线圈中电流最大？此时粉尘的加速度大小是多少？

18．利用雷达不但可以发现目标，还可以测量目标的速度大小。

(1)如图所示为某雷达的荧光屏，屏上标尺的最小刻度对应的时间为，雷达天线朝东方时，屏上的波形如图1中甲所示；雷达天线朝西方时，屏上的波形如图1中乙所示，雷达在何方发现了目标？目标与雷达相距多远？

(2)某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方水平匀速飞来，已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为，某时刻雷达显示屏上显示的波形如图中甲所示，A脉冲为发射波，B脉冲为目标反射波，经后雷达向正上方发射和被反射的波形如图2中乙所示，则该飞机的飞行速度约为多大？（结果保留整数）