4.1电磁振荡（Word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修二 4.1 电磁振荡
一、单选题
1．如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态，则该时刻（　　）
A．振荡电流i在增大
B．电流的变化率大小在增加
C．电场能正在向磁场能转化
D．再经过0.75个周期，电流方向与此时相反
2．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
3．如图中LC振荡电路，线圈的自感系数L=2.5，电容C=4。从电流逆时针最大开始计时，当t=2.5π×10 4s时，下列说法正确的是（　　）
A．电容器正在充电 B．电容器正在放电
C．电容器上极板a带负电 D．电容器上极板a带正电
4．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
5．人们对电磁炮的研究不断深入。某高中科研兴趣小组利用学过的知识制造了一台电磁炮，其原理示意图如图甲所示，高压直流电源电动势为E，大电容器的电容为C。线圈套在中空的塑料管上，管内光滑，将直径略小于管的内径的金属小球静置于管口附近。首先将开关S接1，使电容器完全充电，然后立即将S转接2，此后电容器放电，通过线圈的电流随时间的变化如图乙所示，金属小球在的时间内被加速发射出去，时刻刚好运动到管口。下列关于该电磁炮的说法正确的是（ ）
A．小球在塑料管中做匀变速直线运动
B．在的时间内，小球中产生的涡流从左向右看是顺时针方向的
C．在时刻，小球受到的线圈磁场对它的作用力为零
D．在的时间内，电容器储存的电能全部转化为小球的动能
6．麦克斯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值
7．如图所示，某振荡电路此时电容器上极板带正电荷，接下来极短时间内（　　）
A．振荡电流增大
B．电路中的一部分能量会以电磁波的形式辐射出去
C．线圈内磁通量变化率减少
D．电场能向磁场能转化
8．LC振荡电路是包含一个电感（用字母L表示）和一个电容（用字母C表示）连接在一起的电路。该电路可以储存电磁振荡过程中的能量。某时刻振荡电路的瞬时状态如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．此时刻电容器C正在放电
B．此时刻电感L中自感电动势减小
C．要想用LC振荡电路有效地发射电磁波，要有足够高的振荡频率
D．增大C两极板的距离，电磁振荡过程中，电场能和磁场能转化的周期变长
9．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．
10．LC振荡电路中，某时刻电容器上、下极板的带电情况和线圈L中的磁场方向如图所示，则此时（　　）
A．电容器正在充电 B．电容器两端的电压正在减小
C．磁场能正在转化为电场能 D．线圈中的自感电动势在增加
11．现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空室空间内就产生感生电场，电子将在感生电场作用下得到加速。如图所示（上方为侧视图，下方为真空室的俯视图），当电磁铁绕组通以图中所示的电流时，电子被“约束”在半径为R的圆周上沿顺时针方向运动，下列说法正确的是（ ）
A．电磁铁绕组中的电流必须持续增大
B．电子感应加速器是利用磁场对电子的洛伦兹力作用使电子加速的
C．电磁铁绕组中通以恒定的电流时，真空室中的电子仍能得到加速
D．根据楞次定律可知，电子在感生电场中的受力方向与电场方向相同
12．已知振荡电路中电容器极板1上的电量随时间变化的曲线如图所示。则（　　）
A．a、c两时刻电路中电流最大，方向相同
B．a、c两时刻电容器里的电场能最大
C．b、d两时刻电路中电流最小，方向相反
D．b、d两时刻磁场能最小
13．如图所示的振荡电路中，某时刻电容器上下极板带电情况和线圈中的磁场方向如图所示，则此时（　　）
A．电容器正在充电
B．线圈中的自感电动势在减小
C．磁场能正在转化为电场能
D．在线圈中插入铁芯，可以增大电路的振荡频率
14．如图所示的振荡电路中，某时刻电容器上下极板带电情况和线圈中的磁场方向如图所示，则此时（　　）
A．线圈中的自感电动势在增大
B．电容器两端电压正在增大
C．磁场能正在转化为电场能
D．在电容器内放入绝缘物质，可以减弱振荡电路向外界辐射能量的本领
15．在如图所示的LC电磁振荡电路中，若想增大电磁振荡的频率，可采取的措施是（　　）
A．保持电感器的电感不变，只增大电容器的电容 B．保持电容器的电容不变，只增大电感器的电感
C．同时增大电感器的电感和电容器的电容 D．同时减少电感器的电感和电容器的电容
二、填空题
16．如图中LC振荡电路的周期为T=2×10-2s．从电流逆时针最大开始计时，当t=3.4×10-2s时，电容器正处于_____状态；这时电容器上极板α的带电情况为_____．
17．在LC振荡电路中，电容器C带的电荷量q随时间t变化的图像如图所示.1×10－6 s到2×10－6 s内，电容器处于________（填“充电”或“放电”）过程，由此产生的电磁波在真空中的波长为________ m。
18．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”）。
三、解答题
19．某LC振荡电路中，振荡电流变化规律i=0.14sin（1000t）A，已知电路中线圈的自感系数L=50mH，求：
（1）该振荡电流的周期为多少；
（2）电容器的电容C．
20．如图所示是接收无线电波的简易收音机电路图．已知L和C，当 C调至C0时，
（1）指出哪些元件组成了调谐电路，周期是多少？
（2）这时该电路能收到的无线电波波长λ是多少？
（3）元件D、C1起什么作用？
21．振荡电路中的电容为30~390 pF，电感为88.6×10–3 H，振荡电路中产生的振荡电流的周期在什么范围内？如果电容器的电容为C1时，电路中的最大电流为I1，保持电容器的最大带电荷量不变，突然将C1减小到C2，电路中的最大电流为I2，试比较I1与I2．
22．某收音机的LC振荡电路由自感系数为L的线圈和可变电容器构成．若L保持不变，要求LC振荡电路的频率范围是，则可变电容的最大值与最小值之比是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【解析】
【分析】
【详解】
通过图示电流方向为电流流向正极板，知电容器在充电，振荡电流减小，且电流变化得越来越快，即电流变化率增加，电容器上的电荷量正在增大，磁场能正在向电场能转化，由电容器充、放电规律可知，再经过0.75个周期，电流方向与此时相同。
故选B。
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．LC电路的电容器在充电时，电流逐渐减小，选项A错误；
B．LC电路中，电容器充电时，线圈中电流的变化率逐渐变大，则自感电动势变大，选项B错误；
C．如果增大LC电路中电容器两极板间距离，则根据
可知，电容C变小，根据
可知，振荡周期将减小，选项C正确；
D．电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改变的技术叫调谐，选项D错误。
故选C。
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
已知L=2.5mH=2.5×10-3H，C=4μF=4×10-6C，则振荡电路的周期为
则
即
t=（1+）T
因从电流逆时针最大开始计时，则当t=2.5π×10-4s时，电路中电流为0，磁场能为零，电场能最大，电容器充电完毕，且电容器下极板b带正电，上极板a带负电，故ABD错误，C正确。
故选C。
4．C
【解析】
【分析】
在LC振荡电路中，当电容器充电时，电流在减小，电容器上的电荷量增大，磁场能转化为电场能；当电容器放电时，电流在增大，电容器上的电荷量减小，电场能转化为磁场能。
【详解】
通过图示电流方向，且电流增大，知电容器在放电，电场能转化为磁场能，则电容器上极板A带负电，下极板B带正电，电容器上的电荷量正在减小，由
知AB两极板间的电压在减小，故C正确，ABD错误。
故选C。
5．C
【解析】
【详解】
A. 线圈中的磁场强弱程度与通过线圈的电流大小成正比，根据乙图可知，线圈中产生的磁感应强度（磁通量）变化步调与电流的变化步调一致，在时间内，线圈电流从0逐渐增大，但其变化率却逐渐减小至0，所以线圈中的磁通量变化率也逐渐减小至0，金属小球中感应电动势也逐渐减小至0，金属小球中的涡流也逐渐减小至0，可知时刻，金属小球受到线圈磁场对它的作用力为0，时刻，金属小球受到线圈磁场对它的作用力也为0，故时间内，金属小球受到线圈磁场对它的作用力应先增大后减小，即加速度应先增大后减小，A错误；
B. 时间内，由安培定则知线圈电流在线圈内的磁场方向向右，线圈电流在增大，则产生的磁场在增大，通过金属小球磁通量在增大，根据楞次定律可知金属小球中产生涡流的磁场方向向左，由安培定则可知，金属小球中产生的涡流从左向右看是逆时针方向的，B错误；
C. 时刻，线圈中电流的变化率为零，所以线圈中磁通量变化率为零，金属小球中感应电动势为零，金属小球中的涡流为零，所以小球受线圈作用力为零，C正确；
D. 在的时间内，电容器减少的电场能转化为磁场能，磁场能有一部分转化为小球的动能，还留有一部分磁场能。所以减少的电场能大于小球增加的动能，D错误；
故选C。
6．B
【解析】
【详解】
A．电容器内电场方向向上，下极板带正电，根据电流的方向，正电荷正在流向下极板，因此电容器处于充电过程，选项A错误；
B．电容器的带电量越来越多，内部电场强度越来越大，选项B正确；
C．该变化电场产生磁场方向等效成向上的电流产生磁场的方向，根据右手螺旋定则可知，电场产生的磁场逆时针方向（俯视），选项C错误；
D．当两极板间电场最强时，电容器充电完毕，回路的电流最小，因此产生的磁场最小，选项D错误。
故选B。
7．C
【解析】
【详解】
ACD．由图中电流的方向流向电容器的正极，说明电容器正在充电，回路中的磁场能向电场能转化，所以电路中的电流正在减小，所以线圈中的磁场正在减弱，线圈内磁通量变化率减少，AD错误C正确；
B．振荡电路中，电场能和磁场能之间主要在不同元件之间的相互转化，辐射出去的能量很少很少，B错误。
故选C。
8．C
【解析】
【详解】
A．如图，C下极板带负电，电流逆时针，表示正在给C充电，故A错误；
B．此时电路处于充电状态，电流减小的越来越快，即电流变化率越来越大，所以自感电动势增大，故B错误；
C．要有效发射电磁波，需要足够高的振荡频率，可以携带更多能量，故C正确；
D．由
d增大，C减小，根据LC振荡电路的周期公式
T变小，电场和磁场转化的时间变短，故D错误。
故选C。
9．D
【解析】
【分析】
【详解】
要使得回旋加速器正常工作，则粒子做圆周运动的周期等于LC振荡电路的周期，即
即
故选D。
10．B
【解析】
【详解】
A．由图根据右手螺旋定则可知，螺线管中电流方向为从上往下看逆时针，而电容器上极板带正电，则电容器正在放电，故A错误；
B．电容器放电过程中，电容器两端电压正在减小，故B正确；
C．电容器放电过程中，电能正在转化为磁场能，故C错误；
D．电容器放电过程中，电流增大的越来越慢，则线圈中的自感电动势在减小，故D错误。
故选B。
11．A
【解析】
【详解】
A．当电磁铁绕组通以图示电流时，线圈中的电流增大，磁场增强，根据楞次定律，感生电场产生的磁场要阻碍其增大，所以感生电场为逆时针方向，电子沿顺时针方向运动，加速器应对电子加速，A正确；
B．洛伦兹力恒不做功，B错误；
C．电磁铁绕组中通以恒定的电流时，不会发生电磁感应现象，也就不会产生感生电场，电子得不到加速，C错误；
D．电子在感生电场中的受力方向与电场方向相反，这与楞次定律无关，D错误。
故选A。
12．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．LC振荡电路中，电容器充放电时，由于线圈自感作用，使回路中电容器电荷量最大时，回路中电流为零，电容器里的电场能最大，故A错误，B正确；
CD．b、d两时刻，电容器电荷量为零，此时回路中电流最大，磁场能最大，并且b、d两时刻充放电过程相反，电流方向就相反，故CD错误。
故选B。
13．B
【解析】
【详解】
A．由右手螺旋定则可知，线圈中的电流方向从上往下看为逆时针，而电容器上极板带正电，故此时电容器正在放电，A错误；
B．由于电容器正在放电，故电流增大将越来越慢，因此线圈中的自感电动势在逐渐减小，B正确；
C．电容器放电过程中，电场能减小，线圈磁场能增大，故电场能正在转化为磁场能，C错误；
D．在线圈中插入铁芯，线圈的自感系数增大，则根据可知，电路的振荡频率减小，D错误。
故选B。
14．D
【解析】
【详解】
A．用安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，而上极板是正极板，这时电容器正在放电，电流减小越来越慢，故线圈中自感电动势在减小，A错误；
B．这时电容器正在放电，故两板间电压在减小，B错误；
C．因为放电过程电场能减小，所以磁场能增大，电场能能向磁场能转化，C错误；
D．在电容器内放入绝缘物质，可以减弱振荡电路向外界辐射能量的本领，D正确；
故选D。
15．D
【解析】
【详解】
根据
可知要使f增大，可以减小电容和电感，故ABC错误，D正确。
故选D。
16． 充电 正
【解析】
【详解】
试题分析：LC振荡电路，是电场能和磁场能之间的转化，电流最大时磁场能最大，电流为零时电场能最大．
因为时间t等于1.7个周期，从电流最大开始计时，1.7个周期时，电容器正处于充电状态；
根据充放电规律可知上极板a带正电．
故答案为充电、正
考点：LC振荡电路充放电过程以及能量的转化
点评：容器充电完毕（放电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0．放电完毕（充电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大．
17． 充电 1200
【解析】
【分析】
【详解】
略
18． 充电 正电 向左 增大
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]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。
[3][4]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。
19．（1）（2）
【解析】
【详解】
(1)根据振荡电路的周期性变化的规律，得
(2)因震荡周期，得
【点睛】
本题关键运用LC振荡电路的电谐振周期公式.
20．（1）线圈和可变电容组成了LC 调谐电路．
（2）
（3）D是检波元件，作用是从经过调制的高频振荡电流中取出调制信号．C1的作用是让高频成分基本上从此通过，剩下音频电流通过耳机．
【解析】
【详解】
（1）线圈和可变电容组成了LC调谐电路．这时周期
（2）谐振时f波＝f又c=λf ，故
（3）D是检波元件，作用是从经过调制的高频振荡电流中取出调制信号．C1 的作用是让高频成分基本上从此通过，剩下音频电流通过耳机．
21．1.0×10–6~3.69×10–6 s I2>I1
【解析】
【详解】
T=2π
T1=2π=2×3.14×=1.0×10–6 s
T2=2π=2×3.14×=3.69×10–6 s
则其周期的范围为：1.0×10–6~3.69×10–6 s．
当电容器的电容突然减小时，放电速度加快，则周期变小，而一个周期通过电路的电荷量总量不变，所以电流会增大，则I2>I1．
22．
【解析】
【详解】
由
知：振荡电路频率最大时
振荡电路频率最小时
联立解得电容最大值与最小值之比为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页