高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 电磁振荡课时练习

章末整合提升

主题一　对电磁振荡的理解

1.两类物理量.

(1)振荡电流i在电感线圈中形成磁场,因此,线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ和磁场能E磁具有与之相同的变化规律.

(2)电容器极板上的电荷量q决定电场能的大小,两极板间的电压U、电场强度E和电场能E电的变化规律与电容器极板上的电荷量q的变化规律相同.

振荡电流i和电容器两极板间电压U的变化不同步,规律如下图所示.

2.两个过程.

电磁振荡过程按电容器的电荷量变化可分为充、放电过程.电容器的电荷量增加的过程为充电过程,这个过程中电路的电流减小;电容器的电荷量减少的过程为放电过程,这个过程中电路的电流增大.在任意两个过程的分界点对应的时刻,各物理量取特殊值(0或最大值).电磁振荡的一个周期内电容器经历两次充电、两次放电.

3.两个初始条件.

图中的电路甲和乙,分别表示电磁振荡的两个不同初始条件.图甲中开关S由1掷向2时,电磁振荡的初始条件为电容器开始放电;图乙中S由1掷向2时,电磁振荡的初始条件为电容器开始充电.

甲                乙

4.电磁振荡的周期和频率.

(1)周期T=2π,频率f=.

(2)对周期公式T=2π的定性分析.

①L对T的影响:L越大,电磁振荡过程中因自感现象产生的自感电动势就越大,楞次定律中所说的“阻碍”作用也就越大,从而延缓振荡电流的变化,使振荡周期T变长.

②C对T的影响:C越大,电磁振荡过程中无论是充电阶段(将电容器充至一定电压),还是放电阶段(将一定电压下的电容器中的电荷量放完),其时间都相应地变长,从而使振荡周期T变长.

【典例1】(多选)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器C置于储罐中,电容器C可通过开关S与线圈L或电源相连,电路如图所示.当开关从a拨到b时,由线圈与电容器构成的电路中产生周期T=2π的振荡电流.当罐中的液面上升时              (　　)

A.电容器的电容减小

B.电容器的电容增大

C.LC电路的振荡频率减小

D.LC电路的振荡频率增大

解析:当罐中液面上升时,电容器的电容C增大,根据T=2π可知LC电路的振荡周期T增大,又因为f=,所以LC电路的振荡频率减小,故选项B、C正确,选项A、D错误.

答案:BC

【典例2】(多选)LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图所示,则 (　　)

A.若磁场正在减弱,则电容器正在充电,电流方向由b向a

B.若磁场正在减弱,则电场能正在增大,电容器上极板带负电荷

C.若磁场正在增强,则电场能正在减小,电容器上极板带正电荷

D.若磁场正在增强,则电容器正在充电,电流方向由a向b

解析:若磁场正在减弱,则电流在减小,是电容器的充电过程,根据安培定则可确定电流方向由b向a,电场能增大,上极板带负电荷,故选项A、B正确.若磁场正在增强,则电流在增大,是电容器的放电过程,电场能正在减小,根据安培定则可判断电流方向由b向a,上极板带正电荷,故选项C正确,选项D错误.

答案:ABC

【典例3】如图所示的振荡电路中,线圈自感系数L=0.5 H,电容器电容C=   2 μF.现使电容器带电,从接通开关S时开始计时.

(1)当t=3.0×10-2 s时,电路中电流方向如何?

(2)经过多长时间,线圈中的磁场能第一次达到最大?

解析:(1)LC振荡电路的周期

T=2π=2π s=6.28×10-3 s,

当t=3.0×10-2 s时,4T<t<5T,

此时电容器正处于正向充电阶段,所以电流方向为顺时针.

(2)当接通开关S时,电容器开始放电,当电场能全部转化为磁场能时,磁场能第一次达到最大,此时

t==1.57×10-3 s.

答案:(1)顺时针　(2)1.57×10-3 s

主题二　电磁波的传播特点及应用

1.电磁波谱.

无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等按波长大小或频率高低排列起来,便构成了范围非常广阔的电磁波谱.

2.各种不同的电磁波既有共性,又有个性.

(1)共性:它们在本质上都是电磁波,都满足公式v=fλ,它们在真空中的传播速度都是c=3×108 m/s,它们的传播都不需要介质.

(2)个性:不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性.波长越长越容易产生干涉、衍射现象;波长越短观察干涉、衍射现象越困难.正是这些不同的特性决定了它们不同的用途.

【典例4】(多选)下列有关电磁波的说法正确的是 (　　)

A.电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波

B.电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线

C.频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播

D.雷达用的是微波,因为微波传播的直线性好

解析:波长越长,越容易发生衍射现象,在电磁波谱中,无线电波波长最长,γ射线的波长最短,故选项A错误,选项B正确.波长越短,频率越大的电磁波,其衍射现象越不明显,传播的直线性越好,遇到障碍物反射性越好,故选项C、D 正确.

答案:BCD

【典例5】目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内,电磁波在空气中的传播速度c=3.0×108 m/s.

(1)雷达发射电磁波的波长范围是多少?

(2)能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离?

解析:(1)由c=λf可得λ1== m=1.5 m,

λ2== m=0.3 m,

故雷达发射的电磁波的波长范围是0.3~1.5 m.

(2)电磁波测距就是通过发射和接收电磁波的时间间隔来确定距离,所以可根据x=确定雷达和目标间的距离.

答案:(1)0.3~1.5 m　(2)能