人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡精品综合训练题

第四章 电磁振荡和电磁波

4.1  电磁振荡

【学习目标】

1.  了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。
2.  体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的意义。
3.  通过对电磁振荡的实验观察,体会LC电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况,了解电磁波的产生过程。
4. 了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式,了解实际生产、生活中调节振荡电路频率的基本方法。

【开启新探索】

电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展，极大地改变了人们的生活，开阔了我们的视野。那么如何产生持续的电磁波呢？

同机械波一样，要产生持续的机械波，就要有一直振动的波源。要产生持续的电磁波，需要有持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢?

【质疑提升1】电磁振荡电路、电磁振荡电流

1.  要产生持续变化的电流，可能通过振荡电路实现。那么振荡电路是怎样构成的？

2.   阅读课本P69，先将开关置于电源一侧，为电容器充电。稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。通过设备观察电容顺两端的电压的波形图如图所示，从图中可以看出，电容器通过线圈放电时两端的电压有怎样的特点？

3.  什么是振荡电流？什么是振荡电路？

    （1）振荡电流：电路中的电压发生        的变化，电路中的电流也发生        的变化， 像这样，电路中产生       和        都做        迅速变化的电流，称振荡电流。

    （2）振荡电路：产生         电流的电路叫振荡电路。 

    （3）LC振荡电路：若振荡电路是由          和         组成的电路，称LC振荡电路。该电路是最简单的振荡电路。

4. 在开关置于线圈一侧的瞬间，电容器就开始放电，分析以下情况电路中各物理量的变化情况。

（1）    开始放电时，电容器的两极板间电压      ，电荷     。线圈的电流为       。

（2）    放电过程中，由于线圈的自感作用，放电电流的大小                                    ，导线中的电流方向由     板板到     极板。同时电容器极板上的电荷       ，极板电压      。

（3）    放电完毕时，极板上的电荷为     ，电压为     。放电电流达到       。

5.电容器放电完毕后，线圈的电流立即为零吗？分析以下情况电路中各物理量的变化情况。

（1） 放电完毕时，由于线圈的自感作用，虽然极板电压为     ，但电流并不立即减小到      ，而保持原有的电流大小、方向继续流动。

（2） 反向充电过程中，由于电流的继续流动，电容器      ，但电容器两极板带上与原来     的电荷，并且极板上的电荷逐渐    ，电压     。反向充电过程中电流逐渐      ，方向与放电时方向    。

（3） 反向充电完毕时，极板上的电荷     ，电压     。充电电流为       。

（4） 此后，电容器会再       ，再        。这样不断的充电、放电，电路中应出现了大小、方向都变化的电流，即出现了     电流。

（5） 振荡电路电流的周期性变化、电容器极板上电荷量的周期性变化如图所示：

【质疑提升2】电磁振荡中的能量变化

1.  在振荡电路中，电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B这几个物理量都在做周期性地变化。这种现象称          。
2.  电磁振荡与机械振动虽然有着本质的不同，但它们还是具有一些共同的特点。在机械振动中，例如在单摆的振动中，位移x、速度v、加速度a这几个物理量周期性地变化。在机械振动中，动能与势能周期性地相互转化。那么，在电磁振荡中，能量是如何转化的?

从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电容器里的电场       ，电路里的能量全部储存在电容器的      中；电容器开始放电后，电容器里的电场逐渐       ，线圈的磁场逐渐       ，       能逐渐转化为       能；在放电完毕的瞬间，       能全部转化为       能；之后，线圈的磁场逐渐       ，电容器里的电场逐渐       ，       能逐渐转化为       能；到反方向充电完毕的瞬间，     能全部转化为     能。所以，在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。

3.  如果没有能量损耗，振荡可以永远进行下去，振荡电路的振幅保持不变。在实际电路中会有哪些损耗？有什么方式可以维持等幅振荡？

【质疑提升3】电磁振荡的周期和频率

1.  电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期。周期的倒数叫作频率。如果没有能量损耗，也不受其他外界条件的影响，这时的周期和频率称为振荡电路的固有周期和固有频率。振荡的周期与频率由什么因素决定？又有怎样的规律？

【学以致用】

1. LC振荡电路，开始放电为计时起点，填表分析得出各物理量大小及大小变化规律。

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，L为电阻不计的自感线圈，已知LC电路振荡周期为T，开关S闭合一段时间。S断开时开始计时，当t=3T/8时，L内部磁感应强度的方向和电容器极板间电场强度的方向分别为(        ) 

A. 向下、向下                       B. 向上、向下                       

C. 向上、向上                       D. 向下、向上

【核心素养提升】

1. 如图所示，L是电阻不计的电感器，C是电容器，闭合开关S，待电路达到稳定状态后，再断开开关S，LC电路中将产生电磁振荡，如果规定电感器L中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻为t＝0，那么下列选项能正确表示电感器中的电流i随时间t变化规律的是(　　)

2.  对振荡电路，下列说法正确的是（    ）

A．振荡电路中、电容器充电或放电一次所用的时间为

B．振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为

C．振荡过程中，电容器极板间电场强度的变化周期为

D．振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期为

3.  在LC振荡电路中，当电容器的电荷量最大时（   ）           

A. 电场能正在向磁场能转化                B. 电场能开始向磁场能转化

C. 电场能向磁场能转化完毕               D. 磁场能正在向电场能转化

4.   如图所示，LC振荡电路的导线及自感线圈的电阻忽略不计，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板A带正电荷，则该瞬间(   ) 

A. 电流i正在增大,线圈L中的磁场能也正在增大        

B. 电容器两极板间电压正在增大

   C. 电容器带电量正在减小                                       

D. 线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在增强

5.  如图所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，下列判断中正确的是(　　)

①在b和d时刻，电路中电流最大　

②在a→b时间内，电场能转变为磁场能　

③a和c时刻，磁场能为零　

④在O→a和c→d时间内，电容器被充电

A. 只有①和③                        B. 只有②和④                        C. 只有④                        D. 只有①②和③

6.   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，则电路中振荡电流随时间变化的图象是图中的(回路中振荡电流以逆时针方向为正)(　　)

A.  B.  C.  D. 

7．如图甲为电容器上极板电量q随时间t在一个周期内的变化图像，如图乙为LC振荡电路的某一状态，则（　　）

A．t1时刻线圈中自感电动势为零

B．t1~t2时间内回路内的电流为顺时针

C．t2~t3中某时刻与图乙状态相对应

D．图乙中电容器极板间电场能逐渐减小

8.  由电容为C、电感为L组成的LC振荡电路在电磁振荡过程中，所激发的电磁波以速度v向空间传播，则电磁波的波长为（   ）

A. 2π             B.                 C.          D. 2πv

9． 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，电容器两板间的电势差最大，电容器开始放电。t=0.005s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．此LC振荡电路的周期T=0.01s

B．t=0.025s时，回路电流方向与图（b）中所示电流方向相反

C．t=0.035s时，线圈中的磁场能最大

D．t=0.040s至t=0.045s时，线圈中的电流逐渐减小

10.  为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是（    ）           

A. 增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯

B. 减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数

C. 减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯

D. 减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数

11.  某收音机中的LC电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生535 kHz到1 605 kHz 的电磁振荡。可调电容器的最大电容和最小电容之比是多少？

12.   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可通过开关S与电感L或电源相连，如图所示。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。现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，平行板电容器的电容与两极板间是否有电介质存在着确定的关系，当两极板间充入电介质时，电容增大。问：

当储罐内的液面高度降低时，所测得的LC回路振荡电流的频率如何变化？