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．LC振荡电路中电容器上极板电量q随时间t在一个周期内的变化图线如图甲所示，某时刻线圈中的磁感应强度方向和极板间的电场强度方向如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．t1时刻线圈中自感电动势最小 B．t2时刻线圈中电流方向不发生变化
C．t1~t2中某时刻与图乙状态相对应 D．t3~t4时间内回路中的电流为逆时针方向
2．如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是（　　）
A．电容器正在充电
B．电感线圈中的磁场能正在增加
C．电感线圈中的电流正在减小
D．该时刻自感电动势正在阻碍电流减小
3．下列说法不正确的是（　　）
A．摆钟偏快时可缩短摆长进行校准
B．火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高
C．地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的短一些
D．振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的
4．如图甲所示为小明爷爷的收音机的调谐电路图，图乙为调谐电路中可变电容器对应的工作原理图。当调谐电路中可变电容器的电容为时，接收到波长为的信号，如果要接收到波长为的信号，则可变电容器的电容应调整为（　　）
A． B． C． D．
5．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
6．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
7．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．电路中电流正在增加
C．流过M点的电流方向向左
D．电容器两板间的电压在减小
8．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
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．某时刻振荡电路的自感线圈L中的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．若电容器上极板带正电，则电容器正在放电
B．若电容器上极板带负电，则线圈中的电流正在增大
C．若磁场正在增强，则电容器两极板间的电场强度正在增大
D．若磁场正在减弱，则线圈的自感电动势正在减小
11．收音机的调谐（选台）回路是一个LC振荡电路，一般是由固定的线圈和可变电容器组成的。所以收音机的“选台”往往采用只改变电容的方式选择收听不同播音频率的电台。某收音机在收听频率为f的电台时可变电容器的电容为C0，那么当收听频率为2f的电台时，该可变电容器的电容为（　　）
A． B． C． D．
12．在LC振荡电路中，电容器放电时间取决于（　　）
A．充电电压的大小 B．电容器储电量的多少
C．自感L和电容C的数值 D．回路中电流的大小
13．如图所示为一理想LC电路，已充电的平行板电容器两极板水平放置。电路中开关断开时，极板间有一带电灰尘（图中末画出）恰好静止。若不计带电灰尘对电路的影响，重力加速度为。当电路中的开关闭合以后，则（　　）
A．灰尘将在两极板间做往复运动 B．灰尘运动过程中加速度方向可能会向上
C．电场能最大时灰尘的加速度一定为零 D．磁场能最大时灰尘的加速度一定为
14．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
15．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
二、填空题
16．为了满足通讯需要，人们建设了很多无线电波发射塔，通过研究发现，发射电磁波的频率越大，电磁波的能量就越大，为了实现以比较大的功率向外发射电磁波，那么振荡电路的电容器的电容应该足够______（选填“大”或“小”）；现在正在收听频率为500kHz附近的广播节目，若想收听频率为800kHz附近的广播节目，需要调整接收电路中可变电容器的电容，应该将可变电容器的电容适当______（选填“调大”或“调小”）。
17．电磁振荡的产生及能量变化
（1）振荡电流：大小和方向都做___________迅速变化的电流。
（2）振荡电路：能产生___________的电路。最简单的振荡电路为LC振荡电路。
（3）LC振荡电路电容器的放电、充电过程
a.电容器放电：由于线圈的___________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___________。放电完毕时，极板上没有电荷，放电电流达到___________。该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能。
b.电容器充电：电容器放电完毕时，由于线圈的___________作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始充电，极板上的电荷逐渐___________，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___________，电场能和磁场能也随着做周期性的___________。
18．在LC振荡电路中，电容器上的带电量从最大值变化到零所需的最短时间是________.
三、解答题
19．在LC振荡电路中，线圈的自感系数L＝2.5mH，电容器的电容C＝4μF。求：
（1）该回路的周期是多大？（取3.14）
（2）设t＝0时，电容器两极板间电压最大，在t＝9.0×10－3s时，通过线圈的电流是增大还是减小？这时电容器处在什么过程中？
20．LC振荡电路电容器的电容为3×10－5μF，线圈的自感系数为3 mH，它与开放电路耦合后，求：
①发射出去的电磁波的频率是多大？
②发射出去的电磁波的波长是多大？
21．如图所示的振荡电路中，自感系数L=300 μH，电容C的范围为25～270 pF，求：
(1)振荡电流的频率范围；
(2)若自感系数L=10 mH，要产生周期T=0.02 s的振荡电流，应配置多大的电容？
22．如图所示的电路中，电容器的电容C＝1 μF，线圈的自感系数L＝0.1 mH，先将开关S拨至a，这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止，然后将开关S拨至b，经过3.14×10－5 s，油滴的加速度是多少？当油滴的加速度为何值时，LC回路中的振荡电流有最大值？(g取10m/s2，π取3.14，研究过程中油滴不与极板接触)
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
A．在时刻，上极板的电量达到最大，电流变化率最大，因此线圈中的自感电动势达到最大，故A错误；
B．时刻电量的变化率不变，线路中的电流变化率也不变，所以线圈的电流方向保持不变，故B正确；
C．时间内电量减少，而乙图电路电流为逆时针，电容器下极板带正电，电容器处于充电状态，电荷量变大，故C错误；
D．从，上极板的负电荷转移到下极板，这是电容的放电，所以线圈中的感应电流是顺时针，故D错误。
故选B。
2．B
【详解】
由题图线圈内部磁感应强度的方向和安培定则可知，从上向下看，此时线圈中的电流沿逆时针方向流动，电容器正在放电，则电感线圈中的电流正在增大，电感线圈中的磁场能正在增加；由楞次定律可知，该时刻线圈中感应电动势正在阻碍电流增大，ACD错误，B正确。
故选B。
3．A
【详解】
A．摆钟偏快时，周期小，根据
可知，可通过增加摆长进行校准，选项A错误，符合题意；
B．根据多普勒效应可知，火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高，选项B正确，不符合题意；
C．在根据相对论尺缩效应可知，地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的要短一些。故C正确，不符合题意。
D．振荡电场，就是周期性变化的电场，它产生的磁场也是周期性变化的，即振荡电场周围空间产生的磁场也是振荡的，故D正确，不符合题意；
故选A。
4．A
【详解】
由电磁波的波长公式
由和谐电路的频率公式
联立得
所以有
故选A。
5．C
【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。
6．B
【详解】
A．回路中电流值最大时刻，即充电完成的时刻，磁场最强，磁场能最大，电场能最小，A错误；
B．电容器充电完成时，电场能最大，磁场能最小，B正确；
C．回路中电流减小时，即为充电过程，充电过程电荷量增加，C错误；
D．回路中D磁场能减小时，即为充电过程，充电过程电荷量增加，电流值减小，D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．电容器充电，电场能增加，故磁场能减小，A错误；
B．充电过程，电容器极板上的电荷量正在增加，使电容器极板和线圈间电势差变小，电路电流逐渐减小，B错误；
C．电容器极板上极板带正电，充电过程，流过M点的电流方向向左，C正确；
D．电容器充电，电容器极板上的电荷量正在增加，根据
电容器两板间的电压在增加，D错误。
故选C。
8．D
【详解】
A．有效的发射电磁波应该需要开放电路，故A错误；
B．过程，电容器的电荷量减少，电场能减小，则磁场能增大，故B错误；
C．b、d两时刻，电量最大，则电场能最大，磁场能为零，电路中的电流为零，故C错误；
D．a、c两时刻电路中电量变化最快，故电流最大。故D正确。
故选D。
9．A
【详解】
LC振荡电路电容器充电完毕尚未开始放电时，电容器中电场最强，磁场最弱，电场能和磁场能之间还没有发生转化。
故选A。
10．A
【详解】
A．根据磁感应强度的方向可知，回路中的电流为逆时针方向，则若电容器上极板带正电，则电容器正在放电，选项A正确；
B．若电容器上极板带负电，则电容器正在充电，则线圈中的电流正在减小，选项B错误；
C．若磁场正在增强，则回路中电流正在变大，电容器在放电，即电容器两极板间的电场强度正在减小，选项C错误；
D．若磁场正在减弱，则回路中电流正在变小，电容器在充电，电流减小的越来越快，则线圈的自感电动势正在增加，选项D错误。
故选A。
11．D
【详解】
由题意，根据LC电路频率公式可得
解得
故选D。
12．C
【详解】
在LC振荡电路中一个周期内电流周期性变化一次，电容器充放电两次，充一次电的时间为四分之一个周期，而周期
由自感系数Ｌ和电容C决定，所以充电时间也是由自感系数和电容决定。
故选C。
13．D
【详解】
ABC．当开关断开时，灰尘静止，则有
此时电场能最大，极板间电场强度最大，若开关闭合，电场能减小，极板间电场强度减小，则灰尘会向下极板运动，振荡回路磁场能和电场周期性改变，根据对称性可知当电场方向和初始状态相反电场能最大时，电场力变为向下，和重力方向相同，灰尘的此时的加速度为2g，所以灰尘的加速度不可能向上，灰尘的加速度大于等于0，且一直向下，所以灰尘不会在两极板间做往复运动，故ABC错误；
D．当磁场能最大时，电场能为0，极板间电场强度为0，灰尘只受重力，加速度一定为g，故D正确。
故选D。
14．B
【详解】
由于电流方向为逆时针并且电流逐渐增大，则电容器处于放电过程，上极板带正电，且电量逐渐减小，电场能逐渐减小，磁场能逐渐增大，所以B正确；ACD错误；
故选B
15．A
【详解】
电子钟变快了，说明周期变小了，根据
可知肯定是LC乘积减小了，则不可能是不变，变大了；
故选A。
16． 小 调小
【详解】
[1] 由题意可知为了实现以比较大的功率发射电磁波，需要电磁波的频率足够大，而电磁振荡的频率
由此可知若要电磁波的频率足够大，则振荡电路中电容器的电容要足够小；
[2]当接收频率从500kHz调到800kHz时，接收电路的频率变大
可变电容器的电容应该调小。
17． 周期性 振动电流 自感电动势 减小 最大 自感电动势 增加 做周期性变化 变化
【详解】
（1）[1]振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流；
（2）[2]振荡电路：能产生振动电流的电路。最简单的振荡电路为LC振荡电路。
（3）LC振荡电路电容器的放电、充电过程
a.[3][4][5]电容器放电：由于线圈的自感电动势作用，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小。放电完毕时，极板上没有电荷，放电电流达到最大。该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能。
b.[6][7]电容器充电：电容器放电完毕时，由于线圈的自感电动势作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始充电，极板上的电荷逐渐增加，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
[8][9]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，都在做周期性变化，电场能和磁场能也随着做周期性的变化。
18．
【详解】
[1]．LC振荡电路的周期T＝2π，其电容器上的带电量从最大值变化到零的最短时间
t＝，所以
.
19．（1）6.28×10－4s；（2）减小；反向充电过程
【详解】
（1）由电磁振荡的周期公式可得该回路的周期
T＝2＝2×3.14×s＝6.28×10－4s
（2）因为t＝9.0×10－3s相当于14.33个周期，而<0.33T<，由电磁振荡的周期性可知，当t＝9.0×10－3s时，LC回路中的电磁振荡正处在～的变化过程中。
t＝0时，电容器两极板间电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，则回路中电流随时间的变化规律如图所示，结合图像可知，在t＝9.0×10－3s时，通过线圈的电流在减小，这时电容器正处在反向充电过程中。
20．① 530 kHz　② 566 m
【详解】
①根据T＝2π得
f＝
代入数值得，
f≈530 kHz.
②根据λ＝c/f
得
λ＝566 m.
21．(1)0.56×106～1.8×106 Hz ；(2)10－3 F
【详解】
(1)由f=得：
fmax= Hz=1.8×106 Hz
fmin=Hz=0.56×106 Hz
所以频率范围为0.56×106～1.8×106 Hz.
(2)由T=2π得：
C=F=10－3 F.
22．20 m/s2,10 m/s2
【详解】
当S拨至a时，油滴受力平衡，显然带负电；
所以
mg=qU/d
当S拨至b时，LC回路中有电流，其振荡周期为
当t=3.14×10－5s时，电容器恰好反向充电结束，由牛顿第二定律得，
qU/d+mg=ma
以上式子联立，代入数据解得
a=20m/s2
当振荡电流最大时，两极板间无电场，油滴仅受重力作用
所以
mg=ma/
a/=g=10m/s2．
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