电磁振荡-高二物理新教材基础+巩固+提升三级跳.docx

新教材 基础 巩固 提升三级跳
第四章 电磁振荡与电磁波
4.1电磁振荡
基础知识
知识点梳理：
知识点01 电场振荡的产生及能量变化
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．最简单的振荡电路为LC振荡电路．
3．LC振荡电路的放电、充电过程
(1)电容器放电：由于线圈的自感作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器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，由于线圈的自感作用，电流并不会立刻减小为零，而要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，极板上的电荷最多．该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能．
4．电磁振荡的实质
在电磁振荡过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着，电场能和磁场能也随着做周期性的转化．
【知识拓展】
1．各物理量随时间的变化图像：振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能EE和磁场能EB之间的对应关系．

2．相关量与电路状态的对应情况
电路状态
a
b
c
d
e
时刻t
0

T
电荷量q
最多
0
最多
0
最多
电场能EE
最大
0
最大
0
最大
电流i
0
正向最大
0
反向最大
0
磁场能EB
0
最大
0
最大
0

3.(1)在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，与电容器有关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)．
与振荡线圈有关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)．
(2)在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小，且它们的变化是同步的，也即q、E、EE ↓i、B、EB↓.
知识点02 电磁振荡的周期和频率
1．电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间．
2．电磁振荡的频率f：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数．
如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率分别叫作振荡电路的固有周期和固有频率．
3．LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝.
其中：周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)．
【知识拓展】
1．LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝.
2．说明：(1)LC电路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC电路的固有周期和固有频率．
(2)使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫兹(Hz)．
(3)电感器和电容器在LC振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这种转换的快慢，电感L或电容C越大，能量转换时间也越长，故周期也越长．
(4)电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC电路的振荡周期T＝2π，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T＝2π，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T′＝＝π.
预习基础：
一、判断题
1．判断下列说法的正误．
（1）LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大．( )
（2）LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大．( )
（3）LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少．( )
（4）LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大．( )
（5）LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板带最多的负电荷为止，这一段时间为一个周期．( )
二、填空题
2．如图所示，LC振荡电路中振荡电流的周期为，自振荡电流沿逆时针方向达到最大值时开始计时，当时，电容器正处于______状态（选填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”），这时电容器的上极板______（选填“带正电”“带负电”或“不带电”）。

3．如图甲、乙所示电容器的电容都是，电感都是，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。将两图中LC回路开始电磁振荡的时刻作为计时起点，则时刻，的上极板正在_________（选填“充电”或“放电”），带_________（选填“正电”或“负电”），中的电流方向向_________（选填“左”或“右”），磁场能正在_________（选填“增大”或“减小”）。

4．如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的曲线，由图可知，在t1时刻，电路中的磁场能___________（选填“最大”或“最小”），在t1～t2时间内，电路中的电流不断___________（选填“增大”或“减小”），在t2～t3时间内，电容器正在___________（选填“充电”或“放电”）。

5．在LC振荡电路中，当电流最大时，电容器两端电势差也最大，充电完成时，电势差最大，但是电流为0( )
6．简谐运动具有一些其他特征，如简谐运动质点的运动速度v与其偏离平衡位置的位移x之间的关系就可以表示为，其中为振动质点通过平衡位置时的瞬时速度，a为由系统本身和初始条件所决定的不变的常数。
（1）情境1：一水平放置的轻质弹簧，劲度系数为k，一端连接可看成质点的小球，质量为m，在平衡位置O点给小球初速度之后，小球在QP之间运动（忽略空气阻力）。如图1所示。

a．请根据能量转化与守恒，证明图1中小球的运动也满足上述关系，并说明其关系式中的a与哪些物理量有关（已知弹簧的弹性势能可以表达为，其中k是弹簧的劲度系数，x是弹簧的形变量）。( )
b．研究表明，关系式中的a始终等于角速度的平方。那么该简谐运动的周期是多少？( )
（2）情境2：现在有一个LC振荡电路，如图2所示，已知电容器电容C，自感系数L。

a．请结合图像判断此时电容器处于______（选填“充电”或“放电”）状态。
b．电容器上电荷量随时间的变化同情景1中小球位移变化一样，都满足正弦函数规律。
类比情境1和情境2，完成下表（跟a类似的常量用表示）。
情境1
情境2
小球的位移x
______
______
回路中的电流i
速度位移关系
______

c．根据能量转化与守恒，并结合情境1中的常量a的特点，求出电磁振荡周期的表达式______（已知电感线圈中磁场能的表达式为，式中L为线圈的自感系数，I为线圈中电流的大小；电容器中电场能的表达式为）。
巩固所学
三、单选题
7．收音机的调谐（选台）回路是一个LC振荡电路，一般是由固定的线圈和可变电容器组成的。所以收音机的“选台”往往采用只改变电容的方式选择收听不同播音频率的电台。某收音机在收听频率为f的电台时可变电容器的电容为C0，那么当收听频率为2f的电台时，该可变电容器的电容为（　　）
A． B． C． D．
8．振荡电路的振荡周期为时刻电流方向如图所示,此时电容器不带电．下列图象正确的是（   ）

A．
B．
C．
D．
9．LC振荡电路中，电容器两端的电荷量q随时间t变化的关系如图所示，则（  ）

A．在1×10－6s时刻，电路中的电流最小
B．在2×10－6s时刻，电路的磁场能最大
C．2×10－6s至3×10－6s时间内，电路的电场能不断增大
D．3×10－6s至4×10－6s时间内，电容器所带的电荷量不断增多
10．“救命神器”——自动体外除颤仪（AED），现在已经走入了每个校园，它是一种便携式的医疗设备，可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颜，是可被非专业人员使用的用于抢救心脏骤停患者的医疗设备。其结构如图所示，低压直流经高压直流发生器后向储能电容器C充电。除颤治疗时，开关拨到2，将脉冲电流作用于心脏，使患者心脏恢复正常跳动，其他条件不变时，下列说法正确的是（　　）

A．脉冲电流作用于不同人体时，电流大小相同
B．放电过程中，电流大小不变
C．电容C越小，电容器的放电时间越长
D．自感系数L越小，放电脉冲电流的放电时间越短
11．关于以下四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是（　　）

A．图甲所示是沙漠中的“蜃景”现象，是光的衍射现象引起的
B．图乙所示是光照射透光的小圆孔得到的干涉图样
C．图丙所示是水流导光实验时，激光沿水流会变弯曲是由于光的折射
D．图丁所示是线圈L中的磁场能正在减小
12．如图所示，电源电动势为3 V，单刀双掷开关S先置于a端使电路稳定。在t=0时刻开关S置于b端，若经检测发现，t=0.02 s时刻，自感线圈两端的电势差第一次为1.5 V。如果不计振荡过程的能量损失，下列说法正确的是（　　）

A．0.04s时回路中的电流为零
B．0.08s时电感线圈中的自感电动势值最大为3V
C．0.07s~0.08s时间内，电容器极板间电场方向竖直向上且逐渐减小
D．0.04s~0.05s时间内，线圈中的磁场能逐渐增大
能力提升
四、多选题
13．理想的LC振荡回路中电流i随时间t的变化关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A．时刻，电容器的带电量最大
B．时刻，电路中的磁场能量最大
C．从时刻到时刻电路中的电场能不断增大
D．从时刻到时刻，电容器的带电量不断增大
14．理想的LC振荡回路中电流i随时间t的变化关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A．t1时刻，电容器的带电量最大
B．t2时刻，电路中的磁场能量最小
C．从t2时刻到t3时刻电路中的电场能不断增大
D．从t3时刻到t4时刻，电容器的带电量不断增大
15．下列说法正确的是（　　）
A．观察紧叠在一起的两块平板玻璃，若板间存在薄空气层，从平板玻璃的上表面常会看到彩色条纹，这是光的干涉现象
B．光照到一个不透光的小圆盘上，在小圆盘背后的阴影区出现亮斑，这是光的偏振现象
C．LC振荡电路中，同时减小线圈的匝数和电容器的电容，该电路电磁振荡的周期也会减小
D．真空中的光速在不同的惯性参考系中是不同的
16．如图甲为电容器上极板电量q随时间在一个周期内的变化图像，如图乙为LC振荡电路的某一状态，线圈L中磁场方向向上，电容器中电场方向向上，则（　　）

A．时刻线圈中自感电动势为零
B．时间内LC振荡电路内的电流为逆时针
C．中某时刻与图乙状态相对应
D．图乙中电容器极板间电场能逐渐减小

参考答案：
1．     错误     正确     正确     正确     错误
【来源】2023步步高 选择性必修2（通用） 第四章　1　电磁振荡
【详解】略
2．     充电     带正电
【来源】2023高中物理同步学案优化设计人教版选择性必修第二册 第四章测评
【分析】本题考查考生对电磁振荡的规律的理解与掌握情况，体现了高考重视基础的命题理念，要求考生注重对基础知识的理解和掌握。
【详解】[1][2]以逆时针方向为电流的正方向，根据题意画出LC回路振荡电流的变化图像如图所示，结合图像

时刻设为图像中的P点，则该时刻电路正处于反向电流减小的过程中，所以电容器正处于反向充电状态，上极板带正电。
3．     充电     正电     左     增大
【来源】2019人教版选择性必修第二册 第四章 课时1 电磁振荡 同步练习
【详解】[1][2]先由周期公式求出

那么时刻是开始振荡后的,再看与题图甲对应的图像（以上极板带正电为正）和与题图乙对应的图像（以LC回路中有逆时针方向电流为正），如图所示，图像都为余弦函数图像。在时刻，从题图甲对应的图像看出，上极板正在充电，且带正电荷；
[3][4]从题图乙对应的图像看出，中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大。

4．     最小     增大     充电
【来源】4.1电磁振荡（练习）—2022-2023学年高二物理课后培优分级练人教版（2019）选择性必修第二册
【详解】[1]在t1时刻，电容器极板上电荷量q为最大值，两板间电场能最大，线圈中磁场能最小。
[2]在t1～t2时间内，电容器极板上电荷量q从正的峰值降为零，电场能正在不断地转变为磁场能，电路中的电流正在不断增大。
[3]在t2～t3时间内，电容器极板上电荷量q又不断增大，表明电容器正在反向充电。
5．错误
【来源】河北省邯郸市大名县第一中学2019-2020学年高二下学期第五次半月考物理试题（清北班）
【详解】在LC振荡电路中，电流增大的过程是电容器的放电过程，振荡电流最大时，电容器放电结束，电容器两端电压为零，充电完成时，电势差最大，但是电流为0，故此说法错误。
6．     见详解          充电     电容器的电量q     小球的速度v     电流与电量关系    
【来源】2022届北京大兴精华学校高三下学期三模物理试题
【详解】（1）[1]小球从O点运动到速度为v的过程中，根据能量守恒有

即

得证，由表达式可知，即a与k、m有关。
[2]由题意知

又因为

可得小球简谐运动周期

（2）[3]由图2可知电容器下极板带正电，回路电流方向为逆时针，所以电容器处于充电状态。
[4] 电容器的电量q。
[5] 小球的速度v。
[6] 电流与电量关系。
[7]若振荡电路中最大电流是，再给电容器充电过程中，磁场能转化为电场能，根据能量转化与守恒可得

即

由（1）b和（2）b可知

又因为，可得电磁振荡周期

7．D
【来源】浙江省台州市九校联盟2021-2022学年高二下学期期中物理试题
【详解】由题意，根据LC电路频率公式可得

解得

故选D。
8．D
【来源】【全国市级联考】河南省南阳市2017-2018学年高二下学期期末考试物理试题
【详解】根据题意，t=0时刻，极板上电荷量为零，电场强度为零，电场能为零；磁场能最强，振荡电流最大，电容器即将进行反向充电．由于能量是标量，所以线圈中磁场能的图象应该在横轴上方．
故本题选D
9．D
【来源】四川省南充市阆中中学校2021-2022学年高二下学期期中学习质量检测物理试题
【详解】A．在1×10－6s时刻，电容器所带电量为零，磁场能最大，电路中的电流最大，故A错误；
B．在2×10－6s时刻，电容器所带电量最多，电路的磁场能最小，故B错误；
C．2×10－6s至3×10－6s时间内，电容器所带电量减小，电路的电场能不断减小，故C错误；
D．3×10－6s至4×10－6s时间内，电容器所带的电荷量不断增多，故D正确。
故选D。
10．D
【来源】专题16 光学 电磁波 相对论——2018-22年五年浙江卷高考汇编
【详解】A．脉冲电流作用于不同人体时，不同人体的导电性能不同，故电流大小不同，A错误；
B．电容器放电过程中，开始时电流较大，随着带电量的减小，放电电流逐渐减小，不是恒定的，B错误；
CD．振荡电路的振荡的振荡周期为

电容器在时间内放电至两极板间的电压为0，即

则线圈的自感系数L越小，放电脉冲电流的放电时间越短；电容器的电容C越大，放电脉冲电流的放电时间越长，故C错误D正确。
故选D。
11．D
【来源】专题14.3 电磁振荡和电磁波【练】——2023年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考通用）
【详解】A．沙漠中的“蜃景”现象是光的全反射引起的，故A项错误；
B．图乙所示是光照射不透明的小圆板得到的衍射图样，故B项错误；
C．图丙所示是水流导光实验时，激光沿水流会变弯曲是由于光的全反射，故C项错误；
D．根据图示电路可知，该振荡电路正在充电，电流在减小，电容器两极板间的电压正在增大，磁场能转化电场能，所以磁场能正在减小，故D项正确。
故选D。
12．C
【来源】14.2光的波动性　电磁波与相对论-2023年高考物理一轮复习提升核心素养
【详解】AB．由题意知S置于b端后，自感线圈两端的电势差呈余弦规律变化，由于t=0时刻电容器电压为3V，故此时自感线圈两端的电势差也为3 V，然后开始减小，当第一次为1.5 V时，则可知经历时间为六分之一周期，故振荡周期为0.12s。所以0.04s时回路中的电流不为零，0.03s时回路中的电流才为零，0.06s时电感线圈中的自感电动势值达到最大，为3 V，故AB错误；
C．经分析，0.07s~0. 08s时间内，电容器极板间电场方向竖直向上且逐渐减小，故C正确；
D．0.04s~0.05s时间内，线圈两端的电势差增大即电容器极板间电场增大，电场能增大，则磁场能逐渐减小，故D错误。
故选C。
13．BD
【来源】辽宁省朝阳市建平县高级中学2021-2022学年高二下学期第一次月考物理试题
【详解】A．时刻，电路中电流最大，电容器的带电量最小，所以A错误；
B．时刻，电路中电流最大，电容器带电量最小，磁场能量最大，所以B正确；
C．从时刻到时，电路中电流先变小后变大，电场能先变大后减小，所以C错误；
D．从时刻到时刻，电路中电流逐渐减小，电容器的带电量不断增大，所以D正确。
故选BD。
14．BD
【来源】山东省泰安第四中学2020-2021学年高二下学期4月物理试题
【详解】A．t1时刻，电路中电流最大，电容器的带电量最小，所以A错误；
B．t2时刻，电路中电流最小，电容器带电量最大，磁场能量最小，所以B正确；
C．从t2时刻到t3时，电路中电流变大，电场能不断在减小，所以C错误；
D．从t3时刻到t4时刻，电路中电流逐渐减小，电容器的带电量不断增大，所以D正确。
故选BD。
15．AC
【来源】物理（浙江B卷）-学易金卷：2023年高考第一次模拟考试卷
【详解】A．这种现象是光射到板间空气薄层的上下两个表面的反射光做产生光的干涉现象，故A正确；
B．这种现象是光绕过小圆盘传到阴影区域，是光的衍射现象，故B错误；
C．根据

可知，同时减小线圈的匝数和电容器的电容，该电路电磁振荡的周期也会减小,故C正确；
D．根据光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，故D错误。
故选AC。
16．BC
【来源】山东省烟台市第二中学2021-2022学年高二下学期4月物理试题
【详解】A．时刻回路中电流为零，电流的变化率达到最大，线圈中自感电动势最大，故A错误；
B．时间内电容器放电，且上极板带正电，所以LC振荡电路内的电流为逆时针，故B正确；
CD．时间内电容器充电，且上极板带负电，所以LC振荡电路内的电流为逆时针，根据安培定则可知L中磁场方向向上，所以中某时刻与图乙状态相对应，此时电容器极板间电场能逐渐增大，故C正确，D错误。
故选BC。