教科版高中物理选修34第三章 电磁振荡 电磁波.docx
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教科版高中物理选修34第三章电磁振荡电磁波
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第三章 电磁振荡 电磁波
第1节 电磁振荡
1.在振荡电路里产生振荡电流的过程中,电容器极板上的________、通过线圈的________以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化.电场和磁场周期性的相互转变的过程也就是____________和____________周期性相互转化的过程.我们把这种现象称为电磁振荡.
2.在电磁振荡中,如果没有________损失,振荡将永远持续下去,振荡电流的________将永远保持不变,这种振荡叫做无阻尼振荡,由于振荡电路中有电阻,电路中的能量有一部分要转化成________,还有一部分能量以____________的形式辐射到周期空间去了,这样,振荡电路中的能量逐渐损耗,振荡电流的______逐渐减小,直到停止振荡,这种振荡叫做阻尼振荡.
3.电磁振荡完成________________________需要的时间叫做周期,1s内完成的______________________的次数叫做频率.振荡电路里发生________________________时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率.LC振荡电路的周期T和频率f跟电感线圈的自感系数L和电容C的关系是:
T=________,f=____________.
4.关于LC振荡电路中电容器两极板上的电荷量,下列说法正确的是( )
A.电荷量最大时,线圈中振荡电流也最大
B.电荷量为零时,线圈中振荡电流最大
C.电荷量增大的过程中,电路中的磁场能转化为电场能
D.电荷量减少的过程中,电路中的磁场能转化为电场能
5.有一LC振荡电路,能产生一定波长的电磁波,若要产生波长比原来短些的电磁波,可采用的措施为( )
A.增加线圈匝数
B.在线圈中插入铁芯
C.减小电容器极板正对面积
D.减小电容器极板间距离
6.电磁振荡与机械振动相比( )
A.变化规律不同,本质不同
B.变化规律相同,本质相同
C.变化规律不同,本质相同
D.变化规律相同,本质不同
概念规律练
知识点一 振荡电路的各物理量的变化
1.关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法中正确的是( )
A.振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大
B.振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零
C.振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能
D.振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能
2.如图1所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线,下列判断中正确的是( )
图1
①在b和d时刻,电路中电流最大
②在a→b时间内,电场能转变为磁场能
③a和c时刻,磁场能为零
④在O→a和c→d时间内,电容器被充电
A.只有①和③B.只有②和④
C.只有④D.只有①②和③
知识点二 电磁振荡的周期和频率
3.在LC振荡电路中,用以下哪种办法可以使振荡频率增大一倍( )
A.自感L和电容C都增大一倍
B.自感L增大一倍,电容C减小一半
C.自感L减小一半,电容C增大一倍
D.自感L和电容C都减小一半
4.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率,可采用的方法是( )
A.增大电容器两极板的间距
B.升高电容器的充电电压
C.增加线圈的匝数
D.在线圈中插入铁芯
方法技巧练
自感现象和振荡电路的综合性问题分析技巧
5.如图2所示电路中,L是电阻不计的电感器,C是电容器,闭合电键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.
图2
如果规定电感器L中的电流方向从a到b为正,断开开关的时刻t=0,那么图中能正确表示电感线圈中电流i随时间t变化规律的是( )
6.如图3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( )
图3
A.当t=
时,由a到b流经线圈的电流最大
B.当t=π
时,由b到a流经线圈的电流最大
C.当t=
时,电路中电场能最大
D.当t=
时,电容器左极板带有正电荷最多
1.在LC回路产生电磁振荡的过程中,下列说法中正确的是( )
A.电容器放电完毕时刻,回路中磁场能最小
B.回路中电流值最大时刻,回路中磁场能最大
C.电容器极板上电荷量最多时,电场能最大
D.回路中电流值最小时刻,电场能最小
2.在LC电路中发生电磁振荡时,以下说法正确的是( )
A.电容器的某一极板,从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止,这一段时间为一个周期
B.当电容器放电完毕瞬间,回路中的电流为零
C.提高充电电压,极板上带更多的电荷时,能使振荡周期变大
D.要提高振荡频率,可减小电容器极板间的正对面积
3.当LC振荡电路中的电流达到最大值时,电感L中磁场的磁感应强度B和电容器C中电场的场强E是( )
A.B和E都达到最大值
B.B和E都为零
C.B达到最大值而E为零
D.B为零而E达到最大值
4.LC振荡电路中,平行板电容器两极板间电场强度随时间变化关系如图4所示,则与该图中A点相对应的是( )
图4
A.电路中的振荡电流最大
B.电路中的磁场能最大
C.电路中的振荡电流为零
D.电容器两极板所带电荷量最少
5.LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图5所示,则下列说法正确的是( )
图5
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,则线圈中电流正增大
D.若电容器正放电,则自感电动势正在阻碍电流增大
6.如图6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,灯泡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极板上电荷量q随时间变化的图象是下图中的(图中q为正值表示a极板带正电)( )
图6
7.图7中的LC振荡电路,先把开关S掷到1处给电容器C充电,充好电后再将开关S掷到2处(组成LC振荡电路),这时电容器开始放电,但电流不能立刻达到最大值,而是直到电容器C放电完毕时电流才达到最大值,造成此现象的原因是( )
图7
A.线圈的自感作用
B.电容器的本身特点
C.电子做定向移动需要一定的时间
D.以上答案都错误
8.某时刻LC振荡电路的状态如图8所示,则此时刻( )
图8
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
9.一台电子钟,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1min,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均减小了
10.在LC振荡电路中,由容器极板上的电荷量从最大值变化到零所需的最短时间( )
A.
B.
C.π
D.2π
11.振荡电路中线圈的自感系数为L,电容器的电容为C,则电容器两极板间的电压从最大值变为零,所用的最少时间为________.
图9
12.如图9所示,LC电路中C是带有电荷的平行板电容器,两极板水平放置.开关S断开时,极板间灰尘恰好静止.当开关S闭合时,灰尘在电容器内运动,若C=0.4μF,L=1mH,求:
(1)从S闭合开始计时,经2π×10-5s时,电容器内灰尘的加速度大小为多少?
(2)当灰尘的加速度多大时,线圈中电流最大?
第三章 电磁振荡 电磁波
第1节 电磁振荡
答案
课前预习练
1.电荷 电流 电场能 磁场能
2.能量 振幅 内能 电磁波 振幅
3.一次周期性变化 周期性变化 无阻尼振荡 2π
4.BC
5.C [由电磁波波速、波长、频率关系c=fλ=恒量知,欲使λ减小,只有增大f;由LC回路的固有频率公式f=
可知:
欲增大f,应减小LC,故选C.]
6.D [电磁振荡是电容器的电场能和线圈的磁场能相互转化的过程,而机械振动是振子的动能和势能相互转化的过程,它们都是按正弦规律变化的,故D正确.]
课堂探究练
1.D [振荡电流最大时为电容器放电结束瞬间,场强为零,A选项错误;振荡电流为零时,其要改变方向,这时电流变化最快,电流变化率最大,线圈中的自感电动势最大,B选项错误;振荡电流增大时,线圈中的电场能转化为磁场能,C选项错误;振荡电流减小时,线圈中的磁场能转化为电场能,D选项正确.]
2.D [a和c时刻是充电结束时刻,此时刻电场能最大,磁场能最小为零,③正确;b和d时刻是放电结束时刻,此时刻电路中电流最大,①正确;a→b是放电过程,电场能转化为磁场能,②正确;O→a是充电过程,而c→d是放电过程,④错误.]
点评 分析振荡电路各量的变化规律时要抓住两条线索.一个是i随时间的变化规律,同时B、EB与i的变化规律一致;一个是q随时间的变化规律,同时E、E电、u与q的变化规律一致.并且要知道i与q变化规律的关系,否则会造成思路混乱.
3.D [由LC振荡电路的频率公式f=
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一倍.]
点评 LC振荡电路的周期T和频率f只与自感系数L和电容C有关,与其他因素无关,则
T=2π
,f=
其中:
①C=
,即C与正对面积s、板间距离d及介电常数ε有关.②L与线圈匝数、粗细、长度、有无铁芯等因素有关.
4.A [该题考查决定振荡频率的因素.
振荡电流的频率由LC回路本身的特性决定,f=
.增大电容器两极板的间距,电容减小,振荡电流的频率升高,A对;升高电容器的充电电压不能改变振荡电流的频率,B错;增加线圈匝数和插入铁芯,电感L都增大,振荡电流的频率降低,C、D错.]
点评 注意平行板电容器电容C=
,而自感系数的大小与线圈粗细、长度、匝数及有无铁芯有关.
5.B [本题属含自感现象和振荡电路的综合性问题,应从下面几个方向考虑:
(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,此时电感线圈中电流正向最大.
(3)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发生电磁振荡,形成交变电流.]
6.A [断开开关S时,由于自感作用,线圈中产生的感应电流是最大的,且由a到b.根据LC振荡电路的周期公式T=2π
,可知A是错误的,故选A.]
方法总结 电感线圈L发生自感现象时,L上的电流在原基础上开始变化,根据自感规律判断出电流的变化规律,再由i与q及其他各量的对应关系即可一一突破所有问题.
课后巩固练
1.BC
2.D [电容器某一极板从带最多的正电荷到带最多的负电荷这段时间,电容器完成了放电和反向充电过程,时间为半个周期,A错误;电容器放电完毕瞬间,电路中电场能最小,磁场能最大,故电路中的电流最大,B错误;振荡周期仅由电路本身决定,与充电电压等无关,C错误;提高振荡频率,就是减小振荡周期,可通过减小电容器极板正对面积来减小电容C,达到增大振荡频率的目的,D正确.]
3.C
4.C
5.BCD [由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向,由于题目中未标明电容器两极板带电情况,可分两种情况讨论.
(1)若该时刻电容器上极板带正电,则可知电容器处于放电阶段,电流增大,则C对,A错;
(2)若该时刻电容器下极板带正电,则可知电容器处于充电状态,电流在减小,则B对,由楞次定律可判定D对.]
6.B [当S断开时,LC振荡电路中,电容器充电,b带正电,故B正确.]
7.A 8.AD
9.BCD [根据T=2π
,又根据钟表变快是LC振荡电路周期变小了,钟就变快了.]
10.B [LC振荡电路的周期T=2π
,其电容器极板上的电荷量从最大值变化到零所需的最短时间t=T/4,所以t=
.]
11.
解析 电容器两极板间的电压从最大值到零所用的最少时间为
T,而T=2π
,故t=
π
.
12.
(1)2g
(2)加速度大小为g,且方向竖直向下
解析
(1)开关S断开时,极板间灰尘处于静止状态,则有mg=q·
,式中m为灰尘质量,Q为电容器所带的电荷量,d为板间距离,由T=2π
,得T=2π
s=4π×10-5s,当t=2π×10-5s时,即t=
,振荡电路中电流为零,电容器极板间场强方向跟t=0时刻方向相反,则此时灰尘所受的合外力为F合=mg+q·
=2mg,又因为F合=ma,所以a=2g,方向竖直向下.
(2)当线圈中电流最大时,电容器所带的电荷量为零,此时灰尘仅受重力,灰尘的加速度为g,方向竖直向下.
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