高中人教物理选择性必修二4.1电磁振荡

1、第四章 电磁振荡与电磁波第1节 磁场对通电导线的作用力一、电场振荡的产生1振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流2振荡电路：能产生振荡电流的电路3LC振荡电路的放电、充电过程(1)电容器放电：线圈有自感作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电荷逐渐减少放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到最大值该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能(2)电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有自感作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始反向充电，极板上的电荷逐渐增多，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大值该过程中线圈的磁场能

2、又全部转化为电容器的电场能二、电磁振荡的周期和频率1周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间2频率：1s内完成的周期性变化的次数如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫做振荡电路的固有周期和固有频率3周期和频率公式：T2eq r(LC)，feq f(1,2r(LC).4、周期和频率公式（1）T取决于L、C，与极板所带电荷量、两板间电压无关（2）电感线圈的自感系数L及电容C由哪些因素决定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由公式Ceq f(rS,4kd)可知，与电介质的介电常数r、极板正对面积S及板间距离d有关三、振荡过程各物理量的变

3、化规律1、用图象对应分析i、q的变化关系(如图所示)2相关量与电路状态的对应情况电路状态abcde时刻t0eq f(T,4)eq f(T,2)eq f(3T,4)T电荷量q最多0最多0最多电场能最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能0最大0最大03.几个关系(1)同步同变关系在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即qEEE(或qEEE)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即iBEB(或iBEB)(2)同步异变关系在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE增大时，线圈中的三个物理

4、量i、B、EB减小，且它们的变化是同步的，也即q、E、EE同步异向变化,i、B、EB.特别提醒 只要抓住能量转化这条线，就很容易理解并掌握电磁振荡过程在电容器充电过程中，q电场电场能磁场能磁场线圈中的电流i.在电容器放电过程中，q电场电场能磁场能磁场线圈中的电流i. 【例题1】、LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则()A若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向aB若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电C若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电D若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b思路点拨(1)磁场、磁场能跟电场及电场能总是此消彼长若一个为零时

5、，另一个一定最大(2)明确电容器在充(或放)电过程中，电流的方向与电容器的极性之间的关系【答案】ABC解析若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a流，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误【例题2】如图甲电路中,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,再断开开关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,断开开关的时刻为t=0,那么图乙中能正确表示电感器中的电流i随时间t变化规

6、律的是()乙解析：S断开前,ab段短路,电流从ba,电容器不带电;S断开时,ab中产生自感电动势,阻碍电流减小,给电容器C充电,此时电流负向最大;给电容器充电过程,电容器充电量最大时,ab中电流减为零;此后,LC回路发生电磁振荡形成交变电流。综上所述,选项C正确。【答案】：C【例题3】、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放入铁芯B减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数C减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯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feq f(1,2r(LC)的应用由此

7、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.由Ceq f(rS,4kd)可知，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，减小两极板间的距离，则C增大在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数，则L增大，减少线圈的匝数，则L减小故选项D正确例4、如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况由图可知，电感线圈中的电流正在_(填“增大”“减小”或“不变”)如果电流的振荡周期为T104 s，电容C250 F，则线圈的自感系数L_H.【答案】减小106解析根据磁感线方向，应用安培定则可判断出电流方向，从而可知电容器在充电，电流会越来越小根据振荡电流的

8、周期公式T2eq r(LC)，得Leq f(T2,42C)eq f(1042,43.142250106) H106 H.1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电容器存储电荷量的多少C自感L和电容C的数值D回路中电流的大小2、(多选)在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图所示，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，电路中的电场能不断增大D从时刻t3至t4，电容器的带电荷量不断增大3如图所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向如图，且正在增大，则此时()AA板带正电B线圈L两端电压在增大C电容器C正在充电D

9、电场能正在转化为磁场能4(多选)在LC振荡电路中，若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加，则()A电路中的电流正在增大B电路中的电场能正在增加C电路中的电流正在减小D电路中的电场能正在向磁场能转化5(多选)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6(多选)LC回路电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示，则()A在t1时刻，电路中的电流最大B在t2时刻，电路中的磁场能最多C在t2至t3的过程中，电路中的电

10、场能不断增加D在t3至t4的过程中，电容器带的电荷量不断增加7(多选)在如图2甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，则()A0至0.5 ms内，电容器C正在充电B0.5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电C1 ms至1.5 ms内，Q点比P点电势高D1.5 ms至2 ms内，磁场能在减少8.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E电感线圈中的电场能正在增加9(多选)电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，现发

11、现电子钟每天要慢30 s，造成这一现象的原因可能是()A电池用久了B振荡电路中电容器的电容大了C振荡电路中线圈的电感大了D振荡电路中电容器的电容小了10在如图所示电路中，L是电阻不计的线圈，C为电容器，R为电阻，开关S先是闭合的，现将开关S断开，并从这一时刻开始计时设电容器A极板带正电时电荷量为正，则电容器A极板上的电荷量q随时间t变化的图象是下图中的()11、（多选）一个LC振荡电路中,线圈的自感系数为L,电容器电容为C,从电容器上电压达到最大值U开始计时,则有()A.至少经过,磁场能达到最大B.至少经过,磁场能达到最大C.在 时间内,电路中的平均电流是D.在 时间内,电容器放电量为CUm1

12、2、一个智能玩具的声响开关与LC电路中电流有关,如图为该玩具内的LC振荡电路部分,已知线圈自感为L=0.25 H,电容器电容C=4 F,在电容器开始放电时(取t=0),这时上极板带正电,下极板带负电,当t=210-2 s时,求:(1)电容器的上极板带何种电?(2)电路中电流的方向如何?1【答案】：C【解析】：在一个振荡周期内放电时间等于二分之一个振荡周期，即teq f(T,2)eq r(LC)，所以放电时间取决于自感L和电容C，故选项C正确2、【答案】AD【解析】电磁振荡中的物理量可分为两组：电容器带电荷量q、极板间电压u、电场强度E及电场能为一组；自感线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能为一

13、组同组物理量的大小变化规律一致，同增、同减、同为最大或同为零异组物理量的大小变化规律相反，若q、E、u等物理量按正弦规律变化，则i、B等物理量必按余弦规律变化根据上述分析由题图可以看出，本题正确选项为A、D.3【答案】D【解析】电路中的电流正在增大，说明电容器正在放电，选项C错误；电容器放电时，电流从带正电的极板流向带负电的极板，则A板带负电，选项A错误；电容器放电，电容器两板间的电压减小，线圈两端的电压减小，选项B错误；电容器放电，电场能减少，电流增大，磁场能增大，电场能正在转化为磁场能，选项D正确4【答案】BC【解析】电荷量增加，电容器充电，电场能增加，磁场能减少，电流减小5【答案】BC【

14、解析】电容器电荷量最大时，振荡电流为零，A错；电荷量为零时，放电结束，线圈中振荡电流最大，B对；电荷量增大时，磁场能转化为电场能，C对；同理可判断D错6【答案】BC【解析】t1时刻电容器两端电压最高，电路中振荡电流为零，t2时刻电容器两端电压为零，电路中振荡电流最大，磁场能最多，故选项A错误，B正确在t2至t3的过程中，由题图可知，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，电容器带的电荷量不断减少，选项D错误7【答案】CD【解析】由题图乙知0至0.5 ms内i在增大，电容器正在放电，A错误.0.5 ms至1 ms内，电流在减小，应为充电过

15、程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B错误在1 ms至1.5 ms内，为放电过程，电流方向改变，Q点比P点电势高，C正确.1.5 ms至2 ms内为充电过程，磁场能在减少，D正确8.【答案】：BCD【解析】：据磁场方向可判断电流的方向由电容器正极经线圈流向负极，电容器正处于放电过程，故B、C、D正确，A、E错误9【答案】BC【解析】电子钟变慢，说明LC回路的振荡周期变大，根据公式T2eq r(LC)可知，振荡电路中电容器的电容变大或线圈的电感变大都会导致振荡电路的周期变大故选B、C.10【答案】：B【解析】：开关S闭合时，由于线圈电阻为零，线圈中有自左向右的电流通过，但线圈两端电压为零，与线

16、圈并联的电容器极板上不带电，本题LC回路的初始条件是线圈中电流最大，磁场能最大，电场能为零断开开关S时，线圈中产生与电流方向相同的自感电动势，阻碍线圈中电流的减小，使线圈中电流继续自左向右流动，从而给电容器充电，B板带正电，A板带负电，电荷量逐渐增加，经eq f(T,4)电荷量达最大，这时LC回路中电流为零，从eq f(T,4)eq f(T,2)时间内，电容器放电，A板上负电荷逐渐减少到零此后在线圈中自感电动势的作用下，电容器被反向充电，A板带正电，B板带负电，并逐渐增多，增至最多后，又再次放电，所以A极板上电荷量随时间变化的情况如图B所示11、【答案】：BCD【解析】：LC振荡电路周期T=2,电容器电压最大时,开始放电,经 时间,放电结束,此时电容器电荷量为零,电路中电流最大,磁场最强,磁场能最大。因为Q=CU,所以电容器放电量Q=CUm,由I=,所以I