《测控设计》2015-2016学年高二物理人教版选修3-4课后作业：14.2 电磁振荡 WORD版含解析.docx

1、2.电磁振荡1.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.在线圈中插入铁芯解析:振荡电流的频率由LC回路本身的特性决定,其大小为f=12LC。增大电容器两极板间距,电容减小,振荡频率升高。在电容器两极板间插入电介质,电容增大,振荡频率降低。增加线圈匝数或在线圈中插入铁芯,都会使线圈的电感增加,振荡频率降低;只有减少线圈的匝数,减少电感,振荡频率才会增大。综上所述,只有选项A正确。答案:A2.关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法中正确的是()A.振荡电流最大的瞬间,自感电动势为零B.振荡电流为零时,自感

2、电动势最大C.振荡电流减小的过程中,自感电动势方向与电流同方向D.振荡电流增大的过程中,磁场能转化为电场能解析:振荡电流最大的瞬间,电流的变化率为零,因此自感电动势为零,A项正确;振荡电流为零时,电流的变化率最大,线圈对电流变化的阻碍作用最大,因此电动势最大,B项正确;振荡电流减小的过程中,自感电动势的作用就是阻碍电流的减小,应与其同向,C项正确;振荡电流增大的过程中,是磁场能增加的过程,是电场能转化为磁场能,D项错误。答案:ABC3.如图所示,LC振荡电路中电容器的电容为C,线圈的自感系数为L,电容器在图示时刻的电荷量为q,若图示时刻电容器正在放电,至放电完毕所需时间为13LC;若图示时刻电

3、容器正在充电,则充电至最大电荷量时间为()A.12LCB.13LCC.16LCD.23LC解析:LC振荡电路在一个周期内电容器有两次充电、两次放电,每次充电或放电时间均为14T=12LC,根据题意可知,电容器电荷量由q减少到零,需时间13LC=16T,说明电容器由最大电荷量放电到q需时间14T-16T=112T=16LC,则由电荷量q充电至最大电荷量所需时间同样为16LC。答案:C4.在如图甲所示电路中,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变化的图象是图乙中的()甲

4、乙解析: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T4电荷量达最大,这时LC回路中电流为零,从T4T2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

5、。答案:B5.图甲中通过P点电流(向右为正)的变化规律如图乙所示,则()A.00.5 s间,电容器C正在充电B.0.51 s间,电容器C上极板带正电C.11.5 s内,Q点的电势比P点的电势高D.11.5 s内,磁场能转化为电场能解析:由题图乙知,00.5 s内,电流逐渐增大,电容器正在放电,A项错误;0.51 s内,电流沿正方向逐渐减小,是充电过程,电容器上极板带负电、下极板带正电,B项错误;11.5 s间,电流沿负方向逐渐增大,是放电过程,Q点比P点电势高,C项正确;放电过程中电场能转化为磁场能,故D项错误。答案:C6.在LC振荡电路中,下列说法中正确的是()A.电容器充放电一次,所用的时

6、间是一个周期B.自感线圈的自感系数L增大时(电容C不变),电容器的充放电过程变慢C.电场能与磁场能的转化周期为T=2LCD.从电容器放电开始计时,当t=kLC(k=1,2,3,)时电流为零解析:一个振荡周期有两个充放电过程,A选项错;由周期公式T=2LC知,L大则T长,B选项对;电场能和磁场能只有大小,没有方向,因此在电磁振荡的一个周期内各出现两次最大值,即电场能和磁场能的转化周期为振荡周期的一半,C选项错;放电开始至充电结束为半个周期的整数倍,故D选项对。答案:BD7.已知一理想的LC振荡电路中电流变化规律与单摆振动的速度变化规律同步,设在电容器开始放电时计时,则()A.单摆势能最大时,LC

7、回路中的电场能最大,磁场能为零B.单摆速度逐渐增大时,LC回路中的电场能逐渐减小,磁场能逐渐增大C.单摆动能最大时,LC回路中的电容器刚放完电,电场能为零,电路中电流为零D.单摆速度逐渐减小时,LC回路中的电容器处于充电过程,电路中电流逐渐增大解析:首先排除C、D选项,因为电场能为零时,磁场能达到最大,电路中电流最大,故C错误;又因为电容器充电过程电路中电流逐渐减小,所以D错误;对于A、B,首先要明确,电路中的电流与单摆的速度相对应,则一个周期内变化如下表:时刻相关物理量t=0t=T4t=T2t=34Tt=T电流i、磁场能零最大零最大零电场能最大零最大零最大速度v、动能零最大零最大零单摆势能最

8、大零最大零最大由上表可知,第一组同步变化的是:电流i、磁场能和速度v、动能;第二组同步变化的是:电场能和单摆的势能。不难判断出选项A、B是正确的。答案:AB8.如图甲、乙中电容器的电容都是C=410-6 F,自感系数都是L=910-4 H,图甲中开关K先接a,充电结束后将K扳到b;图乙中开关K先闭合,稳定后断开。两图中LC电路开始电磁振荡后,t=3.1410-4 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“增加”或“减少”)。解析:先由周期公式求出T=1.210-4 s,t=3.1410-4 s时

9、刻是开始振荡后的56T。再看与图甲对应的qt图象(以上极板带正电为正)和与图乙对应的it图象(以LC电路中有逆时针方向电流为正),图象都为余弦函数图象,两图象重合,如图所示。在56T时刻,从与图甲对应的qt图象看出,上极板正在充正电;从与图乙对应的it图象看出,L2中的电流向左,正在增大,所以磁场能正在增加。答案:充电正电左增加9.在LC振荡电路中,线圈的自感系数L=2.5 mH,电容C=4 F。(1)该振荡电路的周期多大?(2)设t=0时,电容器上电压最大,在t=9.010-3 s时,通过线圈的电流是增大还是减小,这时电容器是处在充电过程还是放电过程?解析:(1)T=2LC=23.142.510-3410-6 s=6.2810-4 s。(2)因为t=9.010-3 s相当于14.33个周期,故T40.33T12T,所以当t=9.010-3 s时,LC回路中的电磁振荡正处在第二个T4的变化过程中。t=0时,电容器上电压最大,极板上电荷量最多,电路中电流值为零,回路中电流随时间的变化规律如图所示。第一个14T内,电容器放电,电流由零增至最大;第二个14T内,电容器被反向充电,电流由最大减小到零。显然,在t=9.010-3 s时,即在第二个14T内,线圈中的电流在减小,电容器正处在反向充电过程中。答案:(1)6.2810-4 s(2)电流减小,处于充电过程