高中物理人教版选修3-4能力提升测试卷 ：第十四章+第2课时电磁振荡+Word版含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-4能力提升测试卷 ：第十四章+第2课时电磁振荡+Word版含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 159.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-06-01 18:10:18 | ||
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文档简介
第2课时 电磁振荡
[对点训练]
知识点一·LC振荡电路
1．(多选)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增大
D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
答案 BCD
解析 由题图磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流逆时针方向流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和线圈中磁场能处于增加过程。由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增加。故B、C、D正确。
2．(多选)如图为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知( )
A．在t1时刻，电路中的磁场能最小
B．从t1到t2电路中电流值不断减小
C．从t2到t3电容器不断充电
D．在t4时刻，电容器的电场能最小
答案 ACD
解析 由图中可以看出，在t1时刻电容器极板上的电量q为最大，电容器中的电场最强。此时电路中的能量全部都是电容器中的电场能，电路中的磁场能为零，A正确；从t1到t2时刻，电量q不断减小，这是一个放电的过程，电流逐渐增大，B错误；从t2到t3时刻，电量q不断增大，是充电过程，所以C正确；t4时刻电量q等于零。此时电容器中的电场能为零，即为最小值，所以D正确。
3．已知LC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两时刻电路中电流最大，方向相反
C．b、d两时刻电路中电流最大，方向相同
D．b、d两时刻电路中电流最大，方向相反
答案 D
解析 a、c两时刻极板1上的电量达到最大，此时充电结束，回路电场能最大，磁场能为零，回路电流为零，无方向可言，故A、B错误；b、d两时刻极板1上的电量为零，开始充电，此时磁场能最大，电流产生的磁场最大，回路电流最大，b时刻之后极板1带负电，此时电流从极板1流出，d时刻之后极板带正电，电流流向极板1，故方向相反，故C错误，D正确。
4．LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法中错误的是( )
A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D．若电容器正放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
答案 A
解析 该题图示只告诉了电流的磁场方向，由安培定则可判断出振荡电流在电路中的方向，但未标明电容器极板的带电情况。讨论判定如下：若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器正处于放电阶段，电流正在增大，知C正确，A错误；若该时刻电容器上极板带负电，则可知电容器正在充电，电流正在减小，知B正确。由楞次定律知D正确，故选A。
知识点二·电磁振荡的周期和频率
5．(多选)某时刻LC振荡电路的状态如图所示，则此时刻( )
A．振荡电流i在减小
B．振荡电流i在增大
C．电场能正在向磁场能转化
D．磁场能正在向电场能转化
答案 AD
解析 由电磁振荡的规律可知，电容器充电过程中，电流逐渐减小，电场能逐渐增大，磁场能逐渐减小，即磁场能正向电场能转化，故A、D正确。
6．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
答案 C
解析 由公式T＝2π可知，LC振荡电路的周期由电容C和线圈自感系数L决定，与其他因素没有关系。
7．关于在LC振荡电路的一个周期的时间内，下列说法正确的是( )
①磁场方向改变一次 ②电容器充、放电各一次 ③电场方向改变两次 ④电场能向磁场能转化完成两次
A．①② B．②③④ C．③④ D．①③④
答案 C
解析 在一个振荡周期内，电场、磁场方向改变两次，电场能、磁场能转化两次；电容器充、放电各两次，故C正确。
易错点·电磁振荡中电量随时间的变化
8．如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器。开关S处于闭合状态，D正常发光，现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电量q随时间变化的图象是(图中q为正值表示a极板带正电)( )
易错分析 断开S前，误认为电容器上的电压等于电源的路端电压，并且误认为a板带正电，断开后，电容器开始放电，误选C。
答案 B
解析 确定a极板上电荷量q的起始状态，再确定第一个四分之一周期内的变化情况。S处于接通状态时，电流稳定，因忽略L的电阻，电容器两极板间的电压为零。电荷量为零，S断开，D熄灭，LC组成的回路将产生电磁振荡。由于线圈的自感作用，在0≤t≤时间内，线圈产生的自感电动势给电容器充电，电流方向与原线圈中的电流方向相同为逆时针方向，电流值从最大逐渐减小到零，但电容器电荷量却从零逐渐增加到最大，在时刻充电完毕，电流值为零而极板上的电荷量最大。但b极板带正电，a极板带负电，所以B正确。
[提升训练]
一、选择题
1．(多选)某种电子钟是利用LC振荡电路来制成的，在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1 min，造成这种现象的可能原因是( )
A．L不变，C变大了 B．L不变，C变小了
C．L变小了，C不变 D．L、C均变小了
答案 BCD
解析 根据T＝2π可知钟表变快是LC振荡电路周期变小了。故B、C、D正确。
2．为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是( )
A．增大电容器两极板的正对面积并在线圈中插入铁芯
B．减小电容器两极板间的距离并增加线圈的匝数
C．减小电容器两极板间的距离并在线圈中插入铁芯
D．减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数
答案 D
解析 本题考查LC振荡电路的频率公式f＝。由此式可知增大固有频率f的办法是减小L或减小C或同时减小L和C。另外电容器两极板的正对面积增大，则C增大，正对面积减小，则C减小。在线圈中插入铁芯或增加线圈的匝数，则L增大，减少线圈的匝数，则L减小。综上可知只有选项D是正确的。要解决此类问题，首先要明确电感线圈的自感系数L及电容器的电容C由哪些因素决定的。L一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定。电容C据公式C＝知，与电介质的介电常数εr，极板正对面积S及板间距离d有关。
3．为使发射的电磁波的波长增大为原来的2倍，可以将振荡电路的电容( )
A．变为原来的2倍 B．变为原来的一半
C．变为原来的4倍 D．变为原来的
答案 C
解析 电磁波的波长要变为原来的2倍，由于电磁波的波速等于光速，保持不变，故其周期要变为原来的2倍。由振荡电路的周期公式可知，其电容器的电容应变为原来的4倍，故C正确。
4．(多选)LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如图所示，若t2－t1＝，则( )
A．在t1时刻电容器正在充电
B．在t2时刻电容器两极间电场正在增强
C．在t1时刻电路中电流正在增大
D．在t2时刻自感线圈中磁场正在增强
答案 BC
解析 由t2－t1＝ 知t2－t1＝，从题图可看出t1、t2两个时刻螺线管处的电流都是从左向右穿过螺线管，由于电流方向是正电荷运动方向，t1时刻正电荷从左极板流出然后穿过螺线管，正处于放电状态，振荡电流是增大的，故A错误，C正确；t2时刻，电流从左向右通过螺线管，而右极板带正电，说明正电荷正往右极板上聚集，所以t2时刻电容器在充电，随着极板上电荷增多，两极间电场增强，故B正确；又由于充电过程振荡电流总是减小的，故线圈中磁场在减弱，故D错误。
5．如图所示，L是不计电阻的电感器，C是电容器，闭合开关S，待电路达到稳定状态后，再断开开关S，LC电路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正，断开开关S的时刻为t＝0，那么，下图中能够正确表示电感中的电流随时间变化规律的是( )
答案 D
解析 S断开前，ab段短路，电容器不带电；S断开后，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；给电容器C充电的过程中，电容器的充电电荷量最大时，ab中电流减为零，此后LC电路中发生电磁振荡，形成交变电流，故选D。
二、非选择题
6．如图所示的LC振荡回路中振荡电流的周期为2×10－2 s。自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当t＝3．4×10－2 s时，电容器正处于________(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态。这时电容器的上极板________(填“带正电”“带负电”或“不带电”)。
答案 充电 带正电
解析 振荡电路在一个周期内，经历放电→充电→放电→充电四个过程，每一个过程历时。当振荡电流逆时针达到最大时，电容器上极板刚放电完毕，将开始对下极板充电。由于时间t＝3．4×10－2 s＝1．7T，根据电磁振荡的周期性特点，此时刻状态与开始计时后经t′＝0．7T的状态一样，所以电容器正处于充电状态，且上极板带正电。本题也可通过电磁振荡中的i-t图象来分析，若以逆时针方向电流为正方向，从电容器上极板开始放电时计时，画出的振荡电流如图所示。题中状态对应于从A点开始到B点的一段过程。显然，正对上极板处于充电状态，上极板应带正电。
7．如图甲、乙所示电容器的电容都是C＝4×10－6 F，电感都是L＝9×10－4 H，甲图中开关K先接a，充电结束后将K扳到b；乙图中开关K先闭合，稳定后断开。两图中LC回路开始电磁振荡 t＝3．14×10－4 s 时刻，
C1的上极板正在________(选填“充电”或“放电”)，带________(选填“正电”或“负电”)，L2中的电流方向向________(选填“左”或“右”)，磁场能正在________(选填“增大”或“减小”)。
答案 充电 正电 左 增大
解析 先由周期公式求出T＝2π＝1．2π×10－4 s，那么t＝3．14×10－4s时刻是开始振荡后的。再看与题图甲对应的q-t图象(以上极板带正电为正)如图1所示，与题图乙对应的i -t图象(以LC回路中有逆时针方向电流为正)如图2所示，图象都为余弦函数图象。在时刻，从题图甲对应的q-t图象看出，上极板正在充电，且带正电荷；从题图乙对应的i-t图象看出，L2中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大。
8．如图所示振荡电路中，电感L＝300 μH，电容C的范围为270～25 pF，求：
(1)振荡电流的频率范围；
(2)若电感L＝10 mH，要产生周期T＝0．02 s的振荡电流，应配制多大的电容？
答案 (1)0．56×106～1．8×106 Hz (2)1×10－3 F
解析 (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≈1×10－3 F。
[对点训练]
知识点一·LC振荡电路
1．(多选)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增大
D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
答案 BCD
解析 由题图磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流逆时针方向流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和线圈中磁场能处于增加过程。由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增加。故B、C、D正确。
2．(多选)如图为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知( )
A．在t1时刻，电路中的磁场能最小
B．从t1到t2电路中电流值不断减小
C．从t2到t3电容器不断充电
D．在t4时刻，电容器的电场能最小
答案 ACD
解析 由图中可以看出，在t1时刻电容器极板上的电量q为最大，电容器中的电场最强。此时电路中的能量全部都是电容器中的电场能，电路中的磁场能为零，A正确；从t1到t2时刻，电量q不断减小，这是一个放电的过程，电流逐渐增大，B错误；从t2到t3时刻，电量q不断增大，是充电过程，所以C正确；t4时刻电量q等于零。此时电容器中的电场能为零，即为最小值，所以D正确。
3．已知LC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两时刻电路中电流最大，方向相反
C．b、d两时刻电路中电流最大，方向相同
D．b、d两时刻电路中电流最大，方向相反
答案 D
解析 a、c两时刻极板1上的电量达到最大，此时充电结束，回路电场能最大，磁场能为零，回路电流为零，无方向可言，故A、B错误；b、d两时刻极板1上的电量为零，开始充电，此时磁场能最大，电流产生的磁场最大，回路电流最大，b时刻之后极板1带负电，此时电流从极板1流出，d时刻之后极板带正电，电流流向极板1，故方向相反，故C错误，D正确。
4．LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法中错误的是( )
A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D．若电容器正放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
答案 A
解析 该题图示只告诉了电流的磁场方向，由安培定则可判断出振荡电流在电路中的方向，但未标明电容器极板的带电情况。讨论判定如下：若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器正处于放电阶段，电流正在增大，知C正确，A错误；若该时刻电容器上极板带负电，则可知电容器正在充电，电流正在减小，知B正确。由楞次定律知D正确，故选A。
知识点二·电磁振荡的周期和频率
5．(多选)某时刻LC振荡电路的状态如图所示，则此时刻( )
A．振荡电流i在减小
B．振荡电流i在增大
C．电场能正在向磁场能转化
D．磁场能正在向电场能转化
答案 AD
解析 由电磁振荡的规律可知，电容器充电过程中，电流逐渐减小，电场能逐渐增大，磁场能逐渐减小，即磁场能正向电场能转化，故A、D正确。
6．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
答案 C
解析 由公式T＝2π可知，LC振荡电路的周期由电容C和线圈自感系数L决定，与其他因素没有关系。
7．关于在LC振荡电路的一个周期的时间内，下列说法正确的是( )
①磁场方向改变一次 ②电容器充、放电各一次 ③电场方向改变两次 ④电场能向磁场能转化完成两次
A．①② B．②③④ C．③④ D．①③④
答案 C
解析 在一个振荡周期内，电场、磁场方向改变两次，电场能、磁场能转化两次；电容器充、放电各两次，故C正确。
易错点·电磁振荡中电量随时间的变化
8．如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器。开关S处于闭合状态，D正常发光，现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电量q随时间变化的图象是(图中q为正值表示a极板带正电)( )
易错分析 断开S前，误认为电容器上的电压等于电源的路端电压，并且误认为a板带正电，断开后，电容器开始放电，误选C。
答案 B
解析 确定a极板上电荷量q的起始状态，再确定第一个四分之一周期内的变化情况。S处于接通状态时，电流稳定，因忽略L的电阻，电容器两极板间的电压为零。电荷量为零，S断开，D熄灭，LC组成的回路将产生电磁振荡。由于线圈的自感作用，在0≤t≤时间内，线圈产生的自感电动势给电容器充电，电流方向与原线圈中的电流方向相同为逆时针方向，电流值从最大逐渐减小到零，但电容器电荷量却从零逐渐增加到最大，在时刻充电完毕，电流值为零而极板上的电荷量最大。但b极板带正电，a极板带负电，所以B正确。
[提升训练]
一、选择题
1．(多选)某种电子钟是利用LC振荡电路来制成的，在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1 min，造成这种现象的可能原因是( )
A．L不变，C变大了 B．L不变，C变小了
C．L变小了，C不变 D．L、C均变小了
答案 BCD
解析 根据T＝2π可知钟表变快是LC振荡电路周期变小了。故B、C、D正确。
2．为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是( )
A．增大电容器两极板的正对面积并在线圈中插入铁芯
B．减小电容器两极板间的距离并增加线圈的匝数
C．减小电容器两极板间的距离并在线圈中插入铁芯
D．减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数
答案 D
解析 本题考查LC振荡电路的频率公式f＝。由此式可知增大固有频率f的办法是减小L或减小C或同时减小L和C。另外电容器两极板的正对面积增大，则C增大，正对面积减小，则C减小。在线圈中插入铁芯或增加线圈的匝数，则L增大，减少线圈的匝数，则L减小。综上可知只有选项D是正确的。要解决此类问题，首先要明确电感线圈的自感系数L及电容器的电容C由哪些因素决定的。L一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定。电容C据公式C＝知，与电介质的介电常数εr，极板正对面积S及板间距离d有关。
3．为使发射的电磁波的波长增大为原来的2倍，可以将振荡电路的电容( )
A．变为原来的2倍 B．变为原来的一半
C．变为原来的4倍 D．变为原来的
答案 C
解析 电磁波的波长要变为原来的2倍，由于电磁波的波速等于光速，保持不变，故其周期要变为原来的2倍。由振荡电路的周期公式可知，其电容器的电容应变为原来的4倍，故C正确。
4．(多选)LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如图所示，若t2－t1＝，则( )
A．在t1时刻电容器正在充电
B．在t2时刻电容器两极间电场正在增强
C．在t1时刻电路中电流正在增大
D．在t2时刻自感线圈中磁场正在增强
答案 BC
解析 由t2－t1＝ 知t2－t1＝，从题图可看出t1、t2两个时刻螺线管处的电流都是从左向右穿过螺线管，由于电流方向是正电荷运动方向，t1时刻正电荷从左极板流出然后穿过螺线管，正处于放电状态，振荡电流是增大的，故A错误，C正确；t2时刻，电流从左向右通过螺线管，而右极板带正电，说明正电荷正往右极板上聚集，所以t2时刻电容器在充电，随着极板上电荷增多，两极间电场增强，故B正确；又由于充电过程振荡电流总是减小的，故线圈中磁场在减弱，故D错误。
5．如图所示，L是不计电阻的电感器，C是电容器，闭合开关S，待电路达到稳定状态后，再断开开关S，LC电路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正，断开开关S的时刻为t＝0，那么，下图中能够正确表示电感中的电流随时间变化规律的是( )
答案 D
解析 S断开前，ab段短路，电容器不带电；S断开后，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；给电容器C充电的过程中，电容器的充电电荷量最大时，ab中电流减为零，此后LC电路中发生电磁振荡，形成交变电流，故选D。
二、非选择题
6．如图所示的LC振荡回路中振荡电流的周期为2×10－2 s。自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当t＝3．4×10－2 s时，电容器正处于________(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态。这时电容器的上极板________(填“带正电”“带负电”或“不带电”)。
答案 充电 带正电
解析 振荡电路在一个周期内，经历放电→充电→放电→充电四个过程，每一个过程历时。当振荡电流逆时针达到最大时，电容器上极板刚放电完毕，将开始对下极板充电。由于时间t＝3．4×10－2 s＝1．7T，根据电磁振荡的周期性特点，此时刻状态与开始计时后经t′＝0．7T的状态一样，所以电容器正处于充电状态，且上极板带正电。本题也可通过电磁振荡中的i-t图象来分析，若以逆时针方向电流为正方向，从电容器上极板开始放电时计时，画出的振荡电流如图所示。题中状态对应于从A点开始到B点的一段过程。显然，正对上极板处于充电状态，上极板应带正电。
7．如图甲、乙所示电容器的电容都是C＝4×10－6 F，电感都是L＝9×10－4 H，甲图中开关K先接a，充电结束后将K扳到b；乙图中开关K先闭合，稳定后断开。两图中LC回路开始电磁振荡 t＝3．14×10－4 s 时刻，
C1的上极板正在________(选填“充电”或“放电”)，带________(选填“正电”或“负电”)，L2中的电流方向向________(选填“左”或“右”)，磁场能正在________(选填“增大”或“减小”)。
答案 充电 正电 左 增大
解析 先由周期公式求出T＝2π＝1．2π×10－4 s，那么t＝3．14×10－4s时刻是开始振荡后的。再看与题图甲对应的q-t图象(以上极板带正电为正)如图1所示，与题图乙对应的i -t图象(以LC回路中有逆时针方向电流为正)如图2所示，图象都为余弦函数图象。在时刻，从题图甲对应的q-t图象看出，上极板正在充电，且带正电荷；从题图乙对应的i-t图象看出，L2中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大。
8．如图所示振荡电路中，电感L＝300 μH，电容C的范围为270～25 pF，求：
(1)振荡电流的频率范围；
(2)若电感L＝10 mH，要产生周期T＝0．02 s的振荡电流，应配制多大的电容？
答案 (1)0．56×106～1．8×106 Hz (2)1×10－3 F
解析 (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≈1×10－3 F。