高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册电磁振荡复习练习题

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【同步练习-解析】
一、单选题
1．无线话筒是LC振荡电路的一个典型应用。在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，且电容器上极板带正电，下列说法正确的是（ ）
A．电容器正在放电B．振荡电流正在减小
C．电流流向沿a到bD．电场能正在向磁场能转化
【答案】B
【解析】由图可知，此时电容器正在充电，电路中电流正在减小，电路中的电流沿顺时针方向，磁场能在向电场能转化，故B正确，ACD错误。
2．在理想LC振荡电路中的某时刻，电容器极板间的场强E的方向如图所示，M是电路中的一点。若该时刻电容器正在充电，据此可判断此时（ ）
A．电路中的磁场能在增大B．流过M点的电流方向向左
C．电路中电流正在增加D．电容器两板间的电压在减小
【答案】B
【解析】AC．因该时刻电容器正在充电，则电流逐渐减小，电路中的磁场能在减小，故AC错误；
B．该时刻电容器正在充电，此时电容器上极板带正电，则充电时流过M点的电流方向向左，故B正确；
D．充电时，电容器两板间的电压在增大，故D错误。
3．在LC振荡电路中，以下办法可以使振荡频率增大到原来的两倍的是（ ）
A．自感系数L和电容C都增大到原来的两倍
B．自感系数L增大到原来的两倍，电容C减小一半
C．自感系数L减小一半，电容C增大到原来的两倍
D．自感系数L和电容C都减小一半
【答案】D
【解析】A．由LC振荡电路的频率公式
可知，当自感系数L和电容C都增大到原来的两倍时，其振荡频率变为原来的一半，故A错误；
B．由LC振荡电路的频率公式
可知，当自感系数L增大到原来的两倍，电容C减小一半时，其振荡频率不变，故B错误；
C．由LC振荡电路的频率公式
可知，当自感系数L减小一半，电容C增大到原来的两倍时，其振荡频率不变，故C错误；
D．由LC振荡电路的频率公式
可知，当自感系数L和电容C都减小一半时，其振荡频率恰好增大到原来的两倍，故D正确。
4．麦克斯韦电磁场理论提出：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．电容器正在放电
B．两平行板间的电场强度E在增大
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
【答案】B
【解析】AB．根据电场方向可知，下板带正电荷，上板带负电荷；根据电流方向可知，下板带正电荷并且电流流向下板，则电容器正在充电，两板间电场增强，选项A错误，B正确；
CD．根据楞次定律和右手定则判断得出，电场增强，会产生逆时针方向（俯视）的磁场，两极板间电场最强时，电场变化率为零，板间电场产生的磁场为零，选项CD错误。
5．题图为发射电磁波的LC振荡电路，某时刻电路中电流方向如图所示，此时电容器的上极板带正电，下极板带负电，则下列说法正确的是（ ）
A．电容器正在放电 B．电流正在减小
C．线圈中的磁场能正在增大 D．电容器中的电场能正在减小
【答案】B
【解析】由题图知，电流正流向电容器正极，电容器正在充电，电流正在减小，磁场能转化为电场能，线圈中磁场能正在减小，电容器中的电场能正在增大。
6．如图所示为LC回路中电流随时间变化的图像，规定回路中顺时针电流方向为正。在时，对应的电路是下图中的（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【解析】由题图可知，在时回路中电流为零，则回路中磁场能为零，电场能最大，说明电容器充电完毕；由图可得，在的时间内，回路中的电流为逆时针方向，即逆时针方向的电流充电，电流流向上级板，结合选项图像。
7.为了测量储罐中不导电液体的高度，设计如图所示电路。电容的两极板插入储罐的液体中，先将开关S接a，待电容器充满电后，再接b，由电感与电容构成的回路产生振荡电流，根据振荡电流的振荡频率变化情况确定测量储罐中液体的高度。下列分析正确的是（）
A．若电流振荡频率减小，则电容器电容减小，罐中液面下降
B．若电流振荡频率减小，则电容器电容增大，罐中液面上升
C．若电流振荡频率增大，则电容器电容减小，罐中液面上升
D．若电流振荡频率增大，则电容器电容增大，罐中液面下降
【答案】B
【解析】AB．根据
又
可知电流振荡频率减小，则电容器电容增大，电容器极板间的相对介电常数变大，罐中液面上升，故B正确，A错误；
CD．根据
又
可知电流振荡频率增大，则电容器电容减小，电容器极板间的相对介电常数变小，罐中液面下降，故CD错误。
8．如图所示，线圈自感系数为L，其电阻不计，电容器的电容为C，开关S闭合。现将S突然断开，并开始计时，以下说法中错误的是（ ）
A．当时，由b到a流经线圈的电流最大
B．当时，由a到b流经线圈的电流最大
C．当时，电路中电场能最大
D．当时，电容器左极板带有正电荷最多
【答案】B
【解析】A．电路中电流稳定时，线圈相当于导线，故电容被短路，其两端电压为零。当S突然断开，开始对电容器充电、电流方向为a到b；根据LC振荡电路的周期公式
则当时，电容器刚好放电结束，流经线圈的电流最大，方向由b到a，故A正确，不符合题意；
BC．当S突然断开，开始对电容器充电、电流方向为a到b；当时，对电容器充电刚好结束，则流经线圈的电流最小，电容器带电量最大，电路中电场能最大，故B错误、符合题意，C正确、不符合题意；
D．在期间，电流方向为b到a对电容器充电；当时，电容器刚好充电刚好结束，电容器两极板间电压最大，且电容器左极板带有最多正电荷，故D正确，不符合题意。
9．如图甲，是电磁波发射电路中的电磁振荡电路，电流的变化规律如图乙，图甲中电流方向为正方向。某时刻电路中有正方向电流且电容器上极板带正电，下极板带负电，则该时刻处在乙图中哪个过程中（ ）
A．至 B．至
C．至 D．至
【答案】A
【解析】某时刻电路中有正方向电流且电容器上极板带正电，下极板带负电，可知电容器正在放电，电路电流在增大，故该时刻处在乙图中至，A正确，BCD错误。
10．某时刻LC振荡电路自感线圈L中电流产生的磁场的磁感应强度方向如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．若电容器正在放电，电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，线圈中的磁感应强度也在增大
C．若磁场正在增强，电容器两极板间的电场强度也在增大
D．若磁场正在减弱，则电场能也在减小
【答案】A
【解析】A．若电容器正在放电，电路中电流减小，线圈中磁通量减小，根据磁感应强度的方向可知，回路中的电流为逆时针方向，则电容器上极板带正电，故A正确；
B．若电容器正在充电，磁场能转化为电场能，线圈中的磁感应强度在减小，故B错误；
C．若磁场正在增强，则电场能转化为磁场能，电容器两极板间的电压减小，电场强度也在减小，故C错误；
D．若磁场正在减弱，磁场能转化为电场能，则电场能在增大，故D错误。
11．如图所示的电路中，线圈L的电阻不计。开关S先闭合，等电路稳定后再断开开关，从此时开始计时，时电容器下极板带正电，且电荷量第一次达到最大值。下列说法正确的是（ ）
A．t=0.03s时回路中电流最大 B．t=0.04s时线圈L的感应电动势最大
C．t=0.05s时线圈L的磁场能最大 D．t=0.06s时电容器的上极板带正电
【答案】D
【解析】LC回路中，在一个周期内，电容器充电两次，放电两次，线圈及导线电阻均不计，先闭合开关S稳定后，线圈两端没有电压，电容器不带电，线圈具有磁场能，在t=0时刻，断开开关S线圈产生自感电动势，对电容器充电，使下极板带正电，当t=0.02s时，电容器下极板带正电，且电荷量第一次达到最大值，则LC回路的周期为
A．t=0.03s即个周期，电容器正在放电，且未放电结束，回路中电流没有达到最大，故A错误；
B．t=0.04s时电容器放电结束，回路中电流最大，线圈L的感应电动势最小，故B错误；
C．t=0.05s时电容器正在充电，电流沿LC回路顺时针方向，回路中电流没有达到最大，线圈L的磁场能没有达到最大，故C错误；
D．t=0.06s时电容器充电结束，上极板带正电，故D正确。
12．两块平行金属板构成的电容C置于储罐内不导电液体中，通过开关S与电感L或电源相连构成如题图所示的振荡电路，若液体缓慢渗漏，则（ ）
A．电容C不变B．振荡电路频率变大
C．振荡电路频率变小D．振荡电路频率不变
【答案】B
【解析】A．根据题意可知，两金属板间的液体相当于电介质，液体渗漏，金属极板间电介质减少，电容器电容变小，故A错误；
BCD．由
可得，当电容C减小，LC 振荡电路周期减小，由
可得，LC 振荡电路的频率增大，故B正确，CD错误。
13．如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右规定为电流的正方向，则（ ）
A．0.5~1ms内，电容器两端电压逐渐减小B．0.5~1ms内，电容器的上极板带负电荷
C．1~1.5ms内，Q点比P点电势低D．1~1.5ms内，电容器电场能正在增加
【答案】B
【解析】A. 0.5~1ms内，电流为正方向减小，所以正在充电，电容器两端电压逐渐增大，故A错误；
B．0.5~1ms内，电流为正方向，电子经过P点向左移动，所以电容器的上极板带负电荷，故B正确；
C．1~1.5ms内，电流为负方向，电子经过P点向右移动，通过回路电流为逆时针，电感线圈产生自感电动势，由楞次定律知电感线圈下端为高电势，上端为低电势，故Q点比P点电势高，故C错误；
D．1~1.5ms内电流增大，故磁场能在增大，电容器处于放电过程，故电场能在减小，故D错误。
14．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，时回路中的电流在顺时针方向第一次有最大值，则（ ）
A．此时电容器中电场能最大
B．回路的周期为
C．时线圈中磁场能最大
D．由于能量损耗，回路中振荡频率不断减小
【答案】C
【解析】A．此时放电电流达到最大值，电容器极板上电荷量为零，电场能最小，故A错误；
B．当S达到b端后，电容器先依次经历一个放电和充电过程，此阶段LC回路中电流沿逆时针方向，待第一次充电结束时，共经历半个周期，此后电容器再次放电，回路中电流方向第一次沿顺时针，再经历四分之一个周期，放电电流达到最大，所以有
解得回路的周期为
故B错误；
C．根据振荡回路的周期性可知，时线圈放电电流达到最大，此时线圈中磁场能最大，故C正确；
D．由于能量损耗，振荡电流的振幅会逐渐减小，但回路中振荡频率由L和C决定，所以振荡频率不变，故D错误。
15．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。如图甲所示的LC振荡电路中，电容器上的电荷量随时间的变化规律如图乙所示，时的电流方向如图甲所示，下列说法正确的是（ ）
A．在内，电容器在放电
B．在时，P点电势比Q点高
C．在内，电场能正在转化成磁场能
D．在内，振荡电路中的电流在减小
【答案】B
【解析】A．由乙图可知，在内电容器电荷量增加，电容器充电，A错误；
B．时的电流方向如图甲所示，电容器正在充电，上极板带正电，由图乙可知，在时，上极板仍带正电，P点电势比Q点高，B正确；
C．由乙图可知，在内电容器电荷量增加，电容器充电，磁场能转化为电场能，C错误；
D．图中，斜率的绝对值表示电流的大小，由图乙可知，在内，振荡电路中的电流在增加，D错误。
16．电路，也称为谐振电路，可以储存电路共振时振荡的能量；它既用于产生特定频率的信号，也可从复杂的信号中分离出特定频率的信号，是许多电子设备中的关键部件，如图所示，一振荡回路中振荡电流的周期为，若自振荡电流沿逆时针方向达到最大值时开始计时，则时（ ）
A．电容器正处于充电状态，这时电容器的下极板带正电
B．电容器正处于放电状态，这时电容器的下极板带正电
C．电容器正处于充电状态，这时电容器的下极板带负电
D．电容器正处于放电状态，这时电容器的下极板带负电
【答案】C
【解析】振荡电路中电流变化一个周期的过程（据题意知时刻，电流逆时针方向达到最大，电容器极板不带电，以顺时针方向为正方向）：①，电流逆时针方向逐渐减小，电容器下极板带正电，且电荷量逐渐增大，时刻反向充电完毕，电流减小为零；②，电流顺时针方向逐渐增大，电容器开始放电，且电荷量逐渐减小，时刻放电完毕，电流最大；③，电流顺时针方向逐渐减小，电容器上极板带正电，且电荷量逐渐增大，时刻正向充电完毕，电流减小为零；④，电流逆时针方向逐渐增大，电容器开始放电，且电荷量逐渐减小，T时刻放电完毕，电流最大．根据题意
位于中间某时刻，放电流沿顺时针方向且逐渐减小；电容器正在正向充电，电容器的上极板带正电，下极板带负电。
二、多选题
17．如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右规定为电流的正方向，则（ ）
A．0.5~1ms内，Q点比P点电势低
B．1~1.5ms内，电容器C正在放电
C．0.5~1ms内，电场能正在增加
D．增大电容C的电容值该电路振荡频率将变大
【答案】BC
【解析】AC．由题图乙知0.5~1ms内电流在减小，电容器正在反向充电，经过P点电流方向右，线圈相当于电源，Q点比P点电势高，磁场能在减小，电场能正在增加，C正确，A错误；
B．1~1.5ms内电流增大，为放电过程，磁场能在增加，电场能正在减小，B正确；
D．增大电容C的电容值该电路振荡频率将变小，D错误；
18．如图所示是LC振荡电路和通过点P的电流随时间变化的规律。若把流过点P向右的电流规定为正方向，那么（ ）
A．在内，电容器C在充电B．在内，电容器C的上极板带正电
C．在内，磁场能正在转化为电场能D．在内，Q点的电势比点P高
【答案】ACD
【解析】AB．由图可知，在内，电路电流在减小，电容器C正在充电，电流是正的，即经过P点的电流向右，由于电路中做定向移动的带电粒子是带负电的电子，因此在该时间段内，电子经过P点向左移动，因此电容器上极板带负电，故B错误，A正确；
C．由图可知，在内，电路电流在减小，电容器C正在充电，磁场能转化为电场能，故C正确；
D．由上分析可知，在内，经过P点的电流向右，电容器上极板带负电，所以Q点的电势高，故D正确。
19．如图所示为某LC振荡电路，当单刀双掷开关S由A端拨到B端时开始计时。下列四个图像中能正确反映电容器的电荷量q和电感L中电流i随时间t变化的是（ ）
A．B．C．D．
【答案】AD
【解析】AB．当单刀双掷开关S由A端拨到B端时开始计时，电容器开始放电，电容器电荷量减小，且减小得越来越快，减小到零后，电容器反向充电，电荷量增大，且增大得越来越慢，故A正确，B错误；
CD．电容器放电时，电流逐渐增大，但增大得越来越慢，之后反向充电时，电流逐渐减小，但减小得越来越快，故C错误，D正确。
20．一种简易的LC振荡回路如图所示，L为线圈，C为固定在真空中的平行板电容器。将单刀双掷开关K拨至触点a，使电容器与直流电源E接通。稳定后，位于两水平金属板中间P处的带电液滴恰能静止。将K拨至触点b并开始计时，当t＝0.02s时液滴的加速度第1次等于重力加速度g，不计回路的能量损失且液滴未到达两金属板，下列说法正确的是（ ）
A．液滴带负电
B．t＝0.03s时，电容器上极板带正电且电荷量正在增大
C．t＝0.06s时，线圈L中磁场的方向向上且磁场能最大
D．t＝0.07s时，线圈L中磁场的方向向下且下极板带正电
【答案】BC
【解析】A．液滴静止时所受电场力竖直向上，而此时下极板带正电，所以液滴带正电，故A错误；
B．将K拨至触点b并开始计时，当t＝0.02s时液滴的加速度第1次等于重力加速度g，即此时电容器所带电荷量为零，则电容器刚好完成第一次放电，由此可推知LC振荡回路的周期为0.08s，则t＝0.03s时，电容器正在经历第一次充电，此时电容器上极板带正电且电荷量正在增大，故B正确；
C．t＝0.06s时，电容器刚好完成第二次放电，此时线圈L的电流最大，磁场能最大，且电流方向从上至下，根据安培定则可知磁场方向向上，故C正确；
D． t＝0.07s时，电容器正在经历第二次充电，此时电容器下极板带正电，线圈L的电流方向从上至下，根据安培定则可知磁场方向向上，故D错误。
三、填空题
21．在如图所示的电路中，电容器的电容为C=4×10-6F，线圈的电阻可以忽略，电感L=9×10-4H。闭合开关S，稳定后断开，图中LC回路开始电磁振荡，振荡开始后t=3.14×10-4s，电容器C的上极板正在________（选填“充”或“放”）电，带________（选填“正”或“负”）电。
【答案】 充 正
【解析】由题意，可得电磁振荡的周期 经过t=3.14×10-4s，此时处于T时刻，规定以上极板带正电为正，作出的q－t图像如图所示
由图像可知，在T时刻，电容器正在充电，且上极板带正电。
22．如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的曲线，由图可知，在t1时刻，电路中的磁场能___________（选填“最大”或“最小”），在t1～t2时间内，电路中的电流不断___________（选填“增大”或“减小”），在t2～t3时间内，电容器正在___________（选填“充电”或“放电”）。
【答案】 最小 增大 充电
【解析】在t1时刻，电容器极板上电荷量q为最大值，两板间电场能最大，线圈中磁场能最小。
在t1～t2时间内，电容器极板上电荷量q从正的峰值降为零，电场能正在不断地转变为磁场能，电路中的电流正在不断增大。
在t2～t3时间内，电容器极板上电荷量q又不断增大，表明电容器正在反向充电。
23．如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况，由图可知，电感线圈中的电流正在______（填“增大”“减小”或“不变”），如果电流的振荡周期为T=10－4s，电容C=250μF，则线圈的电感L=______H。
【答案】 减小 10－6
【解析】根据磁感线方向，应用安培定则可判断出电流方向，从而可知电容器在充电，电流会越来越小,根据振荡电流的周期公式
得
24．甲、乙两图中电容器的电容都是C=4×10-6F，自感线圈的直流电阻不计，自感线圈的自感系数都是L=9×10-4H，甲图中开头S先接a端，充电结束后将开关S扳到b端；乙图中开关S先闭合，稳定后断开。甲、两图中LC回路开始电磁振荡后的t=3.14×10-4s时刻，电容器C1正在___________（选填“充电”或“放电”），电容器C1的上极板带___________（选填“正电”或“负电”）；自感线圈L2中的电流方向为___________（选填“向左”或“向右”），自感线圈L2中的磁场能正在___________（选填“增大”或“减小”）。
【答案】 充电 正电 向左 增大
【解析】由公式可求得LC回路振荡周期
t=3.14×10-4s时刻是开始振荡后的T。如图所示是题图甲对应的q-t图像（以上极板带正电为正），也是题图乙对应的i-t图像（以LC回路中有逆时针方向电流为正），图像均为余弦函数图像。在T时刻，从题图甲对应的q-t图像看出，电容器C1正在充电且上极板带正电。
从题图乙对应的i-t图像看出，自感线圈L2中的电流向左且正在增大，所以自感线圈L2中的自感磁场能正在增大。