高中人教物理選擇性必修二4.1電磁振蕩

1、第四章 電磁振蕩與電磁波第1節(jié) 磁場對通電導線的作用力一、電場振蕩的產(chǎn)生1振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流2振蕩電路：能產(chǎn)生振蕩電流的電路3LC振蕩電路的放電、充電過程(1)電容器放電：線圈有自感作用，放電電流不會立刻達到最大值，而是由零逐漸增大，極板上的電荷逐漸減少放電完畢時，極板上的電荷量為零，放電電流達到最大值該過程電容器的電場能全部轉(zhuǎn)化為線圈的磁場能(2)電容器充電：電容器放電完畢時，線圈有自感作用，電流并不會立刻減小為零，而會保持原來的方向繼續(xù)流動，并逐漸減小，電容器開始反向充電，極板上的電荷逐漸增多，電流減小到零時，充電結(jié)束，極板上的電荷量達到最大值該過程中線圈的磁場能

2、又全部轉(zhuǎn)化為電容器的電場能二、電磁振蕩的周期和頻率1周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間2頻率：1s內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)如果振蕩電路沒有能量損失，也不受其他外界影響，這時的周期和頻率分別叫做振蕩電路的固有周期和固有頻率3周期和頻率公式：T2eq r(LC)，feq f(1,2r(LC).4、周期和頻率公式（1）T取決于L、C，與極板所帶電荷量、兩板間電壓無關(guān)（2）電感線圈的自感系數(shù)L及電容C由哪些因素決定L一般由線圈的長度、橫截面積、單位長度上的匝數(shù)及有無鐵芯決定，電容C由公式Ceq f(rS,4kd)可知，與電介質(zhì)的介電常數(shù)r、極板正對面積S及板間距離d有關(guān)三、振蕩過程各物理量的變

3、化規(guī)律1、用圖象對應(yīng)分析i、q的變化關(guān)系(如圖所示)2相關(guān)量與電路狀態(tài)的對應(yīng)情況電路狀態(tài)abcde時刻t0eq f(T,4)eq f(T,2)eq f(3T,4)T電荷量q最多0最多0最多電場能最大0最大0最大電流i0正向最大0反向最大0磁場能0最大0最大03.幾個關(guān)系(1)同步同變關(guān)系在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電荷量q、電場強度E、電場能EE是同步變化的，即qEEE(或qEEE)振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強度B、磁場能EB也是同步變化的，即iBEB(或iBEB)(2)同步異變關(guān)系在LC振蕩過程中，電容器上的三個物理量q、E、EE增大時，線圈中的三個物理

4、量i、B、EB減小，且它們的變化是同步的，也即q、E、EE同步異向變化,i、B、EB.特別提醒 只要抓住能量轉(zhuǎn)化這條線，就很容易理解并掌握電磁振蕩過程在電容器充電過程中，q電場電場能磁場能磁場線圈中的電流i.在電容器放電過程中，q電場電場能磁場能磁場線圈中的電流i. 【例題1】、LC振蕩電路中，某時刻的磁場方向如圖所示，則()A若磁場正在減弱，則電容器正在充電，電流由b向aB若磁場正在減弱，則電場能正在增大，電容器上極板帶負電C若磁場正在增強，則電場能正在減少，電容器上極板帶正電D若磁場正在增強，則電容器正在充電，電流方向由a向b思路點撥(1)磁場、磁場能跟電場及電場能總是此消彼長若一個為零時

5、，另一個一定最大(2)明確電容器在充(或放)電過程中，電流的方向與電容器的極性之間的關(guān)系【答案】ABC解析若磁場正在減弱，則電流在減小，是充電過程，根據(jù)安培定則可確定電流由b向a流，電場能增大，上極板帶負電，故選項A、B正確；若磁場正在增強，則電流在增大，是放電過程，電場能正在減小，根據(jù)安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電，故選項C正確，D錯誤【例題2】如圖甲電路中,L是電阻不計的電感器,C是電容器,閉合開關(guān)S,待電路達到穩(wěn)定狀態(tài)后,再斷開開關(guān)S,LC電路中將產(chǎn)生電磁振蕩,如果規(guī)定電感器L中的電流方向從a到b為正,斷開開關(guān)的時刻為t=0,那么圖乙中能正確表示電感器中的電流i隨時間t變化規(guī)

6、律的是()乙解析：S斷開前,ab段短路,電流從ba,電容器不帶電;S斷開時,ab中產(chǎn)生自感電動勢,阻礙電流減小,給電容器C充電,此時電流負向最大;給電容器充電過程,電容器充電量最大時,ab中電流減為零;此后,LC回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流。綜上所述,選項C正確?！敬鸢浮浚篊【例題3】、為了增大LC振蕩電路的固有頻率，下列辦法中可采取的是()A增大電容器兩極板的正對面積并在線圈中放入鐵芯B減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數(shù)C減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯D減小電容器兩極板的正對面積并減少線圈的匝數(shù)【答案】：D解析本題考查LC振蕩電路的頻率公式feq f(1,2r(LC)的應(yīng)用由此

7、式可知增大固有頻率f的辦法是減小L或減小C或同時減小L和C.由Ceq f(rS,4kd)可知，電容器兩極板的正對面積增大，則C增大，正對面積減小，則C減小，減小兩極板間的距離，則C增大在線圈中放入鐵芯或增加線圈的匝數(shù)，則L增大，減少線圈的匝數(shù)，則L減小故選項D正確例4、如圖所示為振蕩電路在某一時刻的電容器帶電情況和電感線圈中的磁感線方向情況由圖可知，電感線圈中的電流正在_(填“增大”“減小”或“不變”)如果電流的振蕩周期為T104 s，電容C250 F，則線圈的自感系數(shù)L_H.【答案】減小106解析根據(jù)磁感線方向，應(yīng)用安培定則可判斷出電流方向，從而可知電容器在充電，電流會越來越小根據(jù)振蕩電流的

8、周期公式T2eq r(LC)，得Leq f(T2,42C)eq f(1042,43.142250106) H106 H.1在LC振蕩電路中，電容器放電時間取決于()A充電電壓的大小B電容器存儲電荷量的多少C自感L和電容C的數(shù)值D回路中電流的大小2、(多選)在LC回路中，電容器兩端的電壓隨時間t變化的關(guān)系如圖所示，則()A在時刻t1，電路中的電流最大B在時刻t2，電路中的磁場能最大C從時刻t2至t3，電路中的電場能不斷增大D從時刻t3至t4，電容器的帶電荷量不斷增大3如圖所示的LC振蕩電路中，已知某時刻電流i的方向如圖，且正在增大，則此時()AA板帶正電B線圈L兩端電壓在增大C電容器C正在充電D

9、電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能4(多選)在LC振蕩電路中，若某個時刻電容器極板上的電荷量正在增加，則()A電路中的電流正在增大B電路中的電場能正在增加C電路中的電流正在減小D電路中的電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化5(多選)關(guān)于LC振蕩電路中電容器兩極板上的電荷量，下列說法正確的是()A電荷量最大時，線圈中振蕩電流也最大B電荷量為零時，線圈中振蕩電流最大C電荷量增大的過程中，電路中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能D電荷量減少的過程中，電路中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能6(多選)LC回路電容器兩端的電壓U隨時間t變化的關(guān)系如圖所示，則()A在t1時刻，電路中的電流最大B在t2時刻，電路中的磁場能最多C在t2至t3的過程中，電路中的電

10、場能不斷增加D在t3至t4的過程中，電容器帶的電荷量不斷增加7(多選)在如圖2甲所示的LC振蕩電路中，通過P點的電流隨時間變化的圖線如圖乙所示，若把通過P點向右的電流規(guī)定為i的正方向，則()A0至0.5 ms內(nèi)，電容器C正在充電B0.5 ms至1 ms內(nèi)，電容器上極板帶正電C1 ms至1.5 ms內(nèi)，Q點比P點電勢高D1.5 ms至2 ms內(nèi)，磁場能在減少8.如圖表示LC振蕩電路某時刻的情況，以下說法正確的是()A電容器正在充電B電感線圈中的磁場能正在增加C電感線圈中的電流正在增大D此時刻自感電動勢正在阻礙電流增大E電感線圈中的電場能正在增加9(多選)電子鐘是利用LC振蕩電路來工作計時的，現(xiàn)發(fā)

11、現(xiàn)電子鐘每天要慢30 s，造成這一現(xiàn)象的原因可能是()A電池用久了B振蕩電路中電容器的電容大了C振蕩電路中線圈的電感大了D振蕩電路中電容器的電容小了10在如圖所示電路中，L是電阻不計的線圈，C為電容器，R為電阻，開關(guān)S先是閉合的，現(xiàn)將開關(guān)S斷開，并從這一時刻開始計時設(shè)電容器A極板帶正電時電荷量為正，則電容器A極板上的電荷量q隨時間t變化的圖象是下圖中的()11、（多選）一個LC振蕩電路中,線圈的自感系數(shù)為L,電容器電容為C,從電容器上電壓達到最大值U開始計時,則有()A.至少經(jīng)過,磁場能達到最大B.至少經(jīng)過,磁場能達到最大C.在 時間內(nèi),電路中的平均電流是D.在 時間內(nèi),電容器放電量為CUm1

12、2、一個智能玩具的聲響開關(guān)與LC電路中電流有關(guān),如圖為該玩具內(nèi)的LC振蕩電路部分,已知線圈自感為L=0.25 H,電容器電容C=4 F,在電容器開始放電時(取t=0),這時上極板帶正電,下極板帶負電,當t=210-2 s時,求:(1)電容器的上極板帶何種電?(2)電路中電流的方向如何?1【答案】：C【解析】：在一個振蕩周期內(nèi)放電時間等于二分之一個振蕩周期，即teq f(T,2)eq r(LC)，所以放電時間取決于自感L和電容C，故選項C正確2、【答案】AD【解析】電磁振蕩中的物理量可分為兩組：電容器帶電荷量q、極板間電壓u、電場強度E及電場能為一組；自感線圈中的電流i、磁感應(yīng)強度B及磁場能為一

13、組同組物理量的大小變化規(guī)律一致，同增、同減、同為最大或同為零異組物理量的大小變化規(guī)律相反，若q、E、u等物理量按正弦規(guī)律變化，則i、B等物理量必按余弦規(guī)律變化根據(jù)上述分析由題圖可以看出，本題正確選項為A、D.3【答案】D【解析】電路中的電流正在增大，說明電容器正在放電，選項C錯誤；電容器放電時，電流從帶正電的極板流向帶負電的極板，則A板帶負電，選項A錯誤；電容器放電，電容器兩板間的電壓減小，線圈兩端的電壓減小，選項B錯誤；電容器放電，電場能減少，電流增大，磁場能增大，電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能，選項D正確4【答案】BC【解析】電荷量增加，電容器充電，電場能增加，磁場能減少，電流減小5【答案】BC【

14、解析】電容器電荷量最大時，振蕩電流為零，A錯；電荷量為零時，放電結(jié)束，線圈中振蕩電流最大，B對；電荷量增大時，磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，C對；同理可判斷D錯6【答案】BC【解析】t1時刻電容器兩端電壓最高，電路中振蕩電流為零，t2時刻電容器兩端電壓為零，電路中振蕩電流最大，磁場能最多，故選項A錯誤，B正確在t2至t3的過程中，由題圖可知，電容器兩極板間電壓增大，必有電場能增加，選項C正確而在t3至t4的過程中，電容器兩極板間電壓減小，電容器帶的電荷量不斷減少，選項D錯誤7【答案】CD【解析】由題圖乙知0至0.5 ms內(nèi)i在增大，電容器正在放電，A錯誤.0.5 ms至1 ms內(nèi)，電流在減小，應(yīng)為充電過

15、程，電流方向不變，電容器上極板帶負電，B錯誤在1 ms至1.5 ms內(nèi)，為放電過程，電流方向改變，Q點比P點電勢高，C正確.1.5 ms至2 ms內(nèi)為充電過程，磁場能在減少，D正確8.【答案】：BCD【解析】：據(jù)磁場方向可判斷電流的方向由電容器正極經(jīng)線圈流向負極，電容器正處于放電過程，故B、C、D正確，A、E錯誤9【答案】BC【解析】電子鐘變慢，說明LC回路的振蕩周期變大，根據(jù)公式T2eq r(LC)可知，振蕩電路中電容器的電容變大或線圈的電感變大都會導致振蕩電路的周期變大故選B、C.10【答案】：B【解析】：開關(guān)S閉合時，由于線圈電阻為零，線圈中有自左向右的電流通過，但線圈兩端電壓為零，與線

16、圈并聯(lián)的電容器極板上不帶電，本題LC回路的初始條件是線圈中電流最大，磁場能最大，電場能為零斷開開關(guān)S時，線圈中產(chǎn)生與電流方向相同的自感電動勢，阻礙線圈中電流的減小，使線圈中電流繼續(xù)自左向右流動，從而給電容器充電，B板帶正電，A板帶負電，電荷量逐漸增加，經(jīng)eq f(T,4)電荷量達最大，這時LC回路中電流為零，從eq f(T,4)eq f(T,2)時間內(nèi)，電容器放電，A板上負電荷逐漸減少到零此后在線圈中自感電動勢的作用下，電容器被反向充電，A板帶正電，B板帶負電，并逐漸增多，增至最多后，又再次放電，所以A極板上電荷量隨時間變化的情況如圖B所示11、【答案】：BCD【解析】：LC振蕩電路周期T=2,電容器電壓最大時,開始放電,經(jīng) 時間,放電結(jié)束,此時電容器電荷量為零,電路中電流最大,磁場最強,磁場能最大。因為Q=CU,所以電容器放電量Q=CUm,由I=,所以I