3.1 电磁波的产生 同步训练 (含解析) (1)

3.1
电磁波的产生
同步练习
1．(多选)在电磁学发展过程中，许多科学家做出了贡献．下列说法正确的是(　　)
A．奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象
B．麦克斯韦预言了电磁波；楞次用实验证实了电磁波的存在
C．库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值
D．安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛仑兹发现了磁场对电流的作用规律
【解析】　由物理学史知识可知，电流的磁效应是奥斯特发现的，电磁感应现象是法拉第发现的，赫兹证实了电磁波的存在，安培发现了磁场对电流的作用，洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用．
【答案】　AC
2．(多选)下列关于电磁波的叙述中，正确的是(　　)
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播的
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108
m/s
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长变短
D．电磁波不能产生干涉、衍射的现象
【解析】　电磁波是交替产生周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播的．在真空中的传播速度为3×108
m/s.电磁波在传播过程中频率f不变，根据波速公式v＝λf，由于电磁波在介质中传播速度变小，所以波长变短．电磁波具有波动性，能产生干涉、衍射现象．
【答案】　AC
3．下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B．电磁波在真空和介质中传播速度相同
C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播
【解析】　根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场相互联系，形成一个不可分离的统一体，由发生的区域向远处传播，形成电磁波，电磁波的传播速度由频率和介质决定，在不同介质中传播速度不同．在同种均匀介质中沿直线传播，所以正确选项只有A.
【答案】　A
4．(多选)要想提高电磁振荡的频率，下列办法中可行的是(　　)
A．线圈中插入铁芯
B．提高充电电压
C．增加电容器两板间距离
D．减小电容器两板间的正对面积
【解析】　由公式f＝得知f和L、C有关．因此要增大f，就要减小L、C的乘积，其中C＝.减小L的方法有：从线圈中抽出铁芯；减小线圈长度；减小线圈横截面积；减少单位长度的线圈匝数．减小C的方法有：增加电容器两板间的距离；减小电容器两板间的正对面积；在电容器两板间换上介电常数较小的电介质．故选项C、D正确．
【答案】　CD
5．在LC振荡电路中某时刻电容器两极板间的电场线方向和穿过线圈的磁感线方向如图3－1－8所示，这时有(　　)
图3－1－8
A．电容器正在放电
B．电路中电流正在减小
C．电场能正在转化为磁场能
D．线圈中产生的自感电动势正在减小
【解析】　根据电场方向可知上极板带正电荷，又由磁场方向，根据安培定则可判断，电流方向为顺时针(大回路)，所以正在给电容器充电．因此，电流逐渐减小，磁场能转化为电场能，由于电流按正弦规律变化，变化率在增大，据法拉第电磁感应定律，知自感电动势正在增大．
【答案】　B
图3－1－9
6．如图3－1－9所示，当把开关S由1扳到2，下列说法正确的是(　　)
A．电流立刻达到最大值，然后才开始减小
B．电流不能立刻达到最大值，直到放电完毕时，电流才达到最大值
C．电场强度逐渐减弱到零，这时电流也为零
D．电场强度立刻减小到零，电流立刻达到最大值
【解析】　电容器开始放电，由于线圈的自感作用，电流不能立刻达到最大值，直到放电完毕时，电流才达到最大值．故B正确．
【答案】　B
图3－1－10
7．(多选)(2013·西安高二检测)LC回路电容器两端的电压U
随时间t变化的关系如图3－1－10所示，则(　　)
A．在时刻t1，电路中的电流最大
B．在时刻t2，电路中的磁场能最大
C．从时刻t2至t3，电路的电场能不断增大
D．从时刻t3至t4，电容器带的电荷量不断增大
【解析】　本题考查对LC振荡电路中各物理量振荡规律的理解．由前面所述可知，t1时刻电容器两端电压最高时，电路中振荡电流为零，t2时刻电容器两端电压为零，电路中振荡电流最强、磁场能最多，故选项A错误，B正确．在t2至t3的过程中，从图可知，电容器两极板间电压增大，必有电场能增加，选项C正确．而在t3至t4的过程中，电容器两极板间电压减小，所带的电荷量同时减少，选项D错误．
【答案】　BC
图3－1－11
8．(多选)某空间出现了如图3－1－11所示的一组闭合的电场线，这可能是(　　)
A．沿AB方向磁场在迅速减弱
B．沿AB方向磁场在迅速增强
C．沿BA方向磁场在迅速增强
D．沿BA方向磁场在迅速减弱
【解析】　根据电磁感应理论，闭合电路中磁通量变化时，使闭合电路中产生感应电流，该电流可用楞次定律判断，其中感应电流的方向和电场线方向一致．根据麦克斯韦电磁场理论．闭合电路中产生感应电流，是因为闭合电路中电荷受到了电场力作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合电路无关，故空间内磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律判断．故正确答案为A、C.
【答案】　AC
9．(多选)(2013·琼海检测)如图3－1－12所示，甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙，规定逆时针方向为正方向，下列说法正确的是(　　)
　　　　
甲　　　　　　　　　　乙
图3－1－12
A．0至t1，电容器正在充电，上极板带正电
B．t1到t2，电容器正在放电，上极板带负电
C．在t3时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极
D．在t4时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极
【解析】　0到t1，电流为正，且在减小，即电流为逆时针方向减小，说明电容器正在充电，电流方向为正电荷的运动方向，所以上极板带负电荷；t1到t2，电流为负且在增大，即电流为顺时针方向增大，说明电容器在放电，上极板带负电荷；在t3时刻，电流的变化率(Δi/Δt)最大，所以自感电动势(E＝LΔi/Δt)最大，而t3之前的电流为负且减小，即顺时针减小，线圈中的感应电动势阻碍电流的减小，如能产生电流，则与原电流同向，即P点为正极；在t4时刻，电流最大，电流的变化率为零，自感电动势为零．故B、C正确，A、D错误．
【答案】　BC
图3－1－13
10．如图3－1－13所示电路中，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，再打开开关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，打开开关的时刻为t＝0时刻，那么图中能正确表示电感器的电流i随时间t变化规律的是(　　)
【解析】　本题属含电容电路、自感现象和振荡电路的综合性问题，应从下面几个方面考虑：
(1)S断开前，ab段短路，电容器不带电；
(2)S断开时，ab中产生自感电动势，阻碍电流减小，同时，电容器C充电，此时电流正向最大．
(3)给电容器C充电的过程中，电容器的充电量最大时，ab中电流减为零，此后LC发生电磁振荡形成交变电流．
【答案】　C
11．如图3－1－14所示为LC振荡电路中振荡电流随时间变化的图象，由图可知，在OA时间内________能转化为________能，在AB时间内电容器处于________(选填“充电”或“放电”)过程，在时刻C，电容器带电荷量________(选填“为零”或“最大”)．
图3－1－14
【解析】　由题图可知，振荡电流随时间按正弦规律变化．在OA时间内电流增大，电容器正在放电，电场能逐渐转化为磁场能．在AB时间内电流减小，电容器正在充电．在时刻C电流最大，为电容器放电完毕的瞬间，带电荷量为零．
【答案】　电场　磁场　充电　为零
12．实验室里有一水平放置的平行板电容器，知道其电容C＝1μF.在两板带有一定电荷时，发现一粉尘恰好静止在两板间．手头上还有一个自感系数L＝0.1
mH的电感器，现连成如图3－1－15所示电路，试分析以下两个问题：
(1)从S闭合时开始计时，经过π×10－5
s时，电容器内粉尘的加速度大小是多少？
(2)当粉尘的加速度为多大时，线圈中电流最大？
图3－1－15
【解析】　(1)S断开时，电容器内带电粉尘恰好静止，说明电场力方向向上，且F电＝mg，闭合S后，L、C构成LC振荡电路，T＝2π＝2π×10－5
s，经＝π×10－5
s时，电容器间的场强反向，电场力的大小不变，方向竖直向下，由牛顿第二定律得：a＝＝2g.
(2)线圈中电流最大时，电容器两极板间的场强为零，由牛顿第二定律可得：a＝＝g，方向竖直向下．
【答案】　(1)2g　(2)g