電磁振蕩-高二物理新教材基礎(chǔ)+鞏固+提升三級(jí)跳

新教材基礎(chǔ)鞏固提升三級(jí)跳第四章電磁振蕩與電磁波4.1電磁振蕩基礎(chǔ)知識(shí)知識(shí)點(diǎn)梳理：知識(shí)點(diǎn)01電場(chǎng)振蕩的產(chǎn)生及能量變化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．最簡單的振蕩電路為LC振蕩電路．3．LC振蕩電路的放電、充電過程(1)電容器放電：由于線圈的自感作用，放電電流不會(huì)立刻達(dá)到最大值，而是由零逐漸增大，同時(shí)電容器極板上的電荷逐漸減少．放電完畢時(shí)，極板上的電荷量為零，放電電流達(dá)到最大值．該過程電容器的電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為線圈的磁場(chǎng)能．(2)電容器充電：電容器放電完畢時(shí)，由于線圈的自感作用，電流并不會(huì)立刻減小為零，而要保持原來的方向繼續(xù)流動(dòng)，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(shí)，充電結(jié)束，極板上的電荷最多．該過程中線圈的磁場(chǎng)能又全部轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能．4．電磁振蕩的實(shí)質(zhì)在電磁振蕩過程中，電路中的電流i、電容器極板上的電荷量q、電容器里的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，都在周期性地變化著，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能也隨著做周期性的轉(zhuǎn)化．【知識(shí)拓展】1．各物理量隨時(shí)間的變化圖像：振蕩過程中電流i、極板上的電荷量q、電場(chǎng)能EE和磁場(chǎng)能EB之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系．2．相關(guān)量與電路狀態(tài)的對(duì)應(yīng)情況電路狀態(tài)abcde時(shí)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(chǎng)能EE最大0最大0最大電流i0正向最大0反向最大0磁場(chǎng)能EB0最大0最大03.(1)在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，與電容器有關(guān)的物理量：電荷量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同步變化的，即q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)．與振蕩線圈有關(guān)的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB也是同步變化的，即i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)．(2)在LC振蕩過程中，電容器上的三個(gè)物理量q、E、EE增大時(shí)，線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB減小，且它們的變化是同步的，也即q、E、EE↓eq\o(→,\s\up10(同步異向變化))i、B、EB↓.知識(shí)點(diǎn)02電磁振蕩的周期和頻率1．電磁振蕩的周期T：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間．2．電磁振蕩的頻率f：周期的倒數(shù)，數(shù)值等于單位時(shí)間內(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，也不受其他外界條件影響，這時(shí)的周期和頻率分別叫作振蕩電路的固有周期和固有頻率．3．LC電路的周期和頻率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC)).其中：周期T、頻率f、電感L、電容C的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨利(H)、法拉(F)．【知識(shí)拓展】1．LC電路的周期和頻率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC)).2．說明：(1)LC電路的周期、頻率都由電路本身的特性(L和C的值)決定，與電容器極板上電荷量的多少、板間電壓的高低、是否接入電路中等因素?zé)o關(guān)，所以稱為LC電路的固有周期和固有頻率．(2)使用周期公式時(shí)，一定要注意單位，T、L、C、f的單位分別是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫茲(Hz)．(3)電感器和電容器在LC振蕩電路中既是能量的轉(zhuǎn)換器，又決定著這種轉(zhuǎn)換的快慢，電感L或電容C越大，能量轉(zhuǎn)換時(shí)間也越長，故周期也越長．(4)電路中的電流i、線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電容器極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E的變化周期就是LC電路的振蕩周期T＝2πeq\r(LC)，在一個(gè)周期內(nèi)上述各量方向改變兩次；電容器極板上所帶的電荷量，其變化周期也是振蕩周期T＝2πeq\r(LC)，極板上電荷的電性在一個(gè)周期內(nèi)改變兩次；電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能也在做周期性變化，但是它們的變化周期是振蕩周期的一半，即T′＝eq\f(T,2)＝πeq\r(LC).預(yù)習(xí)基礎(chǔ)：一、判斷題1．判斷下列說法的正誤．（1）LC振蕩電路的電容器放電完畢時(shí)，回路中磁場(chǎng)能最小，電場(chǎng)能最大．()（2）LC振蕩電路的電容器極板上電荷量最多時(shí)，電場(chǎng)能最大．()（3）LC振蕩電路中電流增大時(shí)，電容器上的電荷一定減少．()（4）LC振蕩電路的電流為零時(shí)，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)最大．()（5）LC振蕩電路中，電容器的某一極板，從帶最多的正電荷放電到這一極板帶最多的負(fù)電荷為止，這一段時(shí)間為一個(gè)周期．()二、填空題2．如圖所示，LC振蕩電路中振蕩電流的周期為，自振蕩電流沿逆時(shí)針方向達(dá)到最大值時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)，電容器正處于______狀態(tài)（選填“充電”“放電”“充電完畢”或“放電完畢”），這時(shí)電容器的上極板______（選填“帶正電”“帶負(fù)電”或“不帶電”）。3．如圖甲、乙所示電容器的電容都是，電感都是，圖甲中開關(guān)K先接a，充電結(jié)束后將K扳到b；圖乙中開關(guān)K先閉合，穩(wěn)定后斷開。將兩圖中LC回路開始電磁振蕩的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則時(shí)刻，的上極板正在_________（選填“充電”或“放電”），帶_________（選填“正電”或“負(fù)電”），中的電流方向向_________（選填“左”或“右”），磁場(chǎng)能正在_________（選填“增大”或“減小”）。4．如圖所示為LC振蕩電路中電容器極板上的電荷量q隨時(shí)間t變化的曲線，由圖可知，在t1時(shí)刻，電路中的磁場(chǎng)能___________（選填“最大”或“最小”），在t1～t2時(shí)間內(nèi)，電路中的電流不斷___________（選填“增大”或“減小”），在t2～t3時(shí)間內(nèi)，電容器正在___________（選填“充電”或“放電”）。5．在LC振蕩電路中，當(dāng)電流最大時(shí)，電容器兩端電勢(shì)差也最大，充電完成時(shí)，電勢(shì)差最大，但是電流為0()6．簡諧運(yùn)動(dòng)具有一些其他特征，如簡諧運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度v與其偏離平衡位置的位移x之間的關(guān)系就可以表示為，其中為振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)通過平衡位置時(shí)的瞬時(shí)速度，a為由系統(tǒng)本身和初始條件所決定的不變的常數(shù)。（1）情境1：一水平放置的輕質(zhì)彈簧，勁度系數(shù)為k，一端連接可看成質(zhì)點(diǎn)的小球，質(zhì)量為m，在平衡位置O點(diǎn)給小球初速度之后，小球在QP之間運(yùn)動(dòng)（忽略空氣阻力）。如圖1所示。a．請(qǐng)根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒，證明圖1中小球的運(yùn)動(dòng)也滿足上述關(guān)系，并說明其關(guān)系式中的a與哪些物理量有關(guān)（已知彈簧的彈性勢(shì)能可以表達(dá)為，其中k是彈簧的勁度系數(shù)，x是彈簧的形變量）。()b．研究表明，關(guān)系式中的a始終等于角速度的平方。那么該簡諧運(yùn)動(dòng)的周期是多少？()（2）情境2：現(xiàn)在有一個(gè)LC振蕩電路，如圖2所示，已知電容器電容C，自感系數(shù)L。a．請(qǐng)結(jié)合圖像判斷此時(shí)電容器處于______（選填“充電”或“放電”）狀態(tài)。b．電容器上電荷量隨時(shí)間的變化同情景1中小球位移變化一樣，都滿足正弦函數(shù)規(guī)律。類比情境1和情境2，完成下表（跟a類似的常量用表示）。情境1情境2小球的位移x____________回路中的電流i速度位移關(guān)系______c．根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒，并結(jié)合情境1中的常量a的特點(diǎn)，求出電磁振蕩周期的表達(dá)式______（已知電感線圈中磁場(chǎng)能的表達(dá)式為，式中L為線圈的自感系數(shù)，I為線圈中電流的大?。浑娙萜髦须妶?chǎng)能的表達(dá)式為）。鞏固所學(xué)三、單選題7．收音機(jī)的調(diào)諧（選臺(tái)）回路是一個(gè)LC振蕩電路，一般是由固定的線圈和可變電容器組成的。所以收音機(jī)的“選臺(tái)”往往采用只改變電容的方式選擇收聽不同播音頻率的電臺(tái)。某收音機(jī)在收聽頻率為f的電臺(tái)時(shí)可變電容器的電容為C0，那么當(dāng)收聽頻率為2f的電臺(tái)時(shí)，該可變電容器的電容為（）A． B． C． D．8．振蕩電路的振蕩周期為時(shí)刻電流方向如圖所示,此時(shí)電容器不帶電．下列圖象正確的是（

）A．B．C．D．9．LC振蕩電路中，電容器兩端的電荷量q隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖所示，則（??）A．在1×10－6s時(shí)刻，電路中的電流最小B．在2×10－6s時(shí)刻，電路的磁場(chǎng)能最大C．2×10－6s至3×10－6s時(shí)間內(nèi)，電路的電場(chǎng)能不斷增大D．3×10－6s至4×10－6s時(shí)間內(nèi)，電容器所帶的電荷量不斷增多10．“救命神器”——自動(dòng)體外除顫儀（AED），現(xiàn)在已經(jīng)走入了每個(gè)校園，它是一種便攜式的醫(yī)療設(shè)備，可以診斷特定的心律失常，并且給予電擊除顏，是可被非專業(yè)人員使用的用于搶救心臟驟停患者的醫(yī)療設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖所示，低壓直流經(jīng)高壓直流發(fā)生器后向儲(chǔ)能電容器C充電。除顫治療時(shí)，開關(guān)撥到2，將脈沖電流作用于心臟，使患者心臟恢復(fù)正常跳動(dòng)，其他條件不變時(shí)，下列說法正確的是（）A．脈沖電流作用于不同人體時(shí)，電流大小相同B．放電過程中，電流大小不變C．電容C越小，電容器的放電時(shí)間越長D．自感系數(shù)L越小，放電脈沖電流的放電時(shí)間越短11．關(guān)于以下四幅圖中所涉及物理知識(shí)的論述中，正確的是（）A．圖甲所示是沙漠中的“蜃景”現(xiàn)象，是光的衍射現(xiàn)象引起的B．圖乙所示是光照射透光的小圓孔得到的干涉圖樣C．圖丙所示是水流導(dǎo)光實(shí)驗(yàn)時(shí)，激光沿水流會(huì)變彎曲是由于光的折射D．圖丁所示是線圈L中的磁場(chǎng)能正在減小12．如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為3V，單刀雙擲開關(guān)S先置于a端使電路穩(wěn)定。在t=0時(shí)刻開關(guān)S置于b端，若經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，t=0.02s時(shí)刻，自感線圈兩端的電勢(shì)差第一次為1.5V。如果不計(jì)振蕩過程的能量損失，下列說法正確的是（）A．0.04s時(shí)回路中的電流為零B．0.08s時(shí)電感線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)值最大為3VC．0.07s~0.08s時(shí)間內(nèi)，電容器極板間電場(chǎng)方向豎直向上且逐漸減小D．0.04s~0.05s時(shí)間內(nèi)，線圈中的磁場(chǎng)能逐漸增大能力提升四、多選題13．理想的LC振蕩回路中電流i隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是（）A．時(shí)刻，電容器的帶電量最大B．時(shí)刻，電路中的磁場(chǎng)能量最大C．從時(shí)刻到時(shí)刻電路中的電場(chǎng)能不斷增大D．從時(shí)刻到時(shí)刻，電容器的帶電量不斷增大14．理想的LC振蕩回路中電流i隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是（）A．t1時(shí)刻，電容器的帶電量最大B．t2時(shí)刻，電路中的磁場(chǎng)能量最小C．從t2時(shí)刻到t3時(shí)刻電路中的電場(chǎng)能不斷增大D．從t3時(shí)刻到t4時(shí)刻，電容器的帶電量不斷增大15．下列說法正確的是（）A．觀察緊疊在一起的兩塊平板玻璃，若板間存在薄空氣層，從平板玻璃的上表面常會(huì)看到彩色條紋，這是光的干涉現(xiàn)象B．光照到一個(gè)不透光的小圓盤上，在小圓盤背后的陰影區(qū)出現(xiàn)亮斑，這是光的偏振現(xiàn)象C．LC振蕩電路中，同時(shí)減小線圈的匝數(shù)和電容器的電容，該電路電磁振蕩的周期也會(huì)減小D．真空中的光速在不同的慣性參考系中是不同的16．如圖甲為電容器上極板電量q隨時(shí)間在一個(gè)周期內(nèi)的變化圖像，如圖乙為LC振蕩電路的某一狀態(tài)，線圈L中磁場(chǎng)方向向上，電容器中電場(chǎng)方向向上，則（）A．時(shí)刻線圈中自感電動(dòng)勢(shì)為零B．時(shí)間內(nèi)LC振蕩電路內(nèi)的電流為逆時(shí)針C．中某時(shí)刻與圖乙狀態(tài)相對(duì)應(yīng)D．圖乙中電容器極板間電場(chǎng)能逐漸減小參考答案：1．

錯(cuò)誤

正確

正確

正確

錯(cuò)誤【來源】2023步步高選擇性必修2（通用）第四章1電磁振蕩【詳解】略2．

充電

帶正電【來源】2023高中物理同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)人教版選擇性必修第二冊(cè)第四章測(cè)評(píng)【分析】本題考查考生對(duì)電磁振蕩的規(guī)律的理解與掌握情況，體現(xiàn)了高考重視基礎(chǔ)的命題理念，要求考生注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握?！驹斀狻縖1][2]以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较颍鶕?jù)題意畫出LC回路振蕩電流的變化圖像如圖所示，結(jié)合圖像時(shí)刻設(shè)為圖像中的P點(diǎn)，則該時(shí)刻電路正處于反向電流減小的過程中，所以電容器正處于反向充電狀態(tài)，上極板帶正電。3．

充電

正電

左

增大【來源】2019人教版選擇性必修第二冊(cè)第四章課時(shí)1電磁振蕩同步練習(xí)【詳解】[1][2]先由周期公式求出那么時(shí)刻是開始振蕩后的,再看與題圖甲對(duì)應(yīng)的圖像（以上極板帶正電為正）和與題圖乙對(duì)應(yīng)的圖像（以LC回路中有逆時(shí)針方向電流為正），如圖所示，圖像都為余弦函數(shù)圖像。在時(shí)刻，從題圖甲對(duì)應(yīng)的圖像看出，上極板正在充電，且?guī)д姾桑籟3][4]從題圖乙對(duì)應(yīng)的圖像看出，中的電流向左，正在增大，所以磁場(chǎng)能正在增大。4．

最小

增大

充電【來源】4.1電磁振蕩（練習(xí)）—2022-2023學(xué)年高二物理課后培優(yōu)分級(jí)練人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)【詳解】[1]在t1時(shí)刻，電容器極板上電荷量q為最大值，兩板間電場(chǎng)能最大，線圈中磁場(chǎng)能最小。[2]在t1～t2時(shí)間內(nèi)，電容器極板上電荷量q從正的峰值降為零，電場(chǎng)能正在不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能，電路中的電流正在不斷增大。[3]在t2～t3時(shí)間內(nèi)，電容器極板上電荷量q又不斷增大，表明電容器正在反向充電。5．錯(cuò)誤【來源】河北省邯鄲市大名縣第一中學(xué)2019-2020學(xué)年高二下學(xué)期第五次半月考物理試題（清北班）【詳解】在LC振蕩電路中，電流增大的過程是電容器的放電過程，振蕩電流最大時(shí)，電容器放電結(jié)束，電容器兩端電壓為零，充電完成時(shí)，電勢(shì)差最大，但是電流為0，故此說法錯(cuò)誤。6．

見詳解

充電

電容器的電量q

小球的速度v

電流與電量關(guān)系

【來源】2022屆北京大興精華學(xué)校高三下學(xué)期三模物理試題【詳解】（1）[1]小球從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到速度為v的過程中，根據(jù)能量守恒有即得證，由表達(dá)式可知，即a與k、m有關(guān)。[2]由題意知又因?yàn)榭傻眯∏蚝喼C運(yùn)動(dòng)周期（2）[3]由圖2可知電容器下極板帶正電，回路電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，所以電容器處于充電狀態(tài)。[4]電容器的電量q。[5]小球的速度v。[6]電流與電量關(guān)系。[7]若振蕩電路中最大電流是，再給電容器充電過程中，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒可得即由（1）b和（2）b可知又因?yàn)?，可得電磁振蕩周?．D【來源】浙江省臺(tái)州市九校聯(lián)盟2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期期中物理試題【詳解】由題意，根據(jù)LC電路頻率公式可得解得故選D。8．D【來源】【全國市級(jí)聯(lián)考】河南省南陽市2017-2018學(xué)年高二下學(xué)期期末考試物理試題【詳解】根據(jù)題意，t=0時(shí)刻，極板上電荷量為零，電場(chǎng)強(qiáng)度為零，電場(chǎng)能為零；磁場(chǎng)能最強(qiáng)，振蕩電流最大，電容器即將進(jìn)行反向充電．由于能量是標(biāo)量，所以線圈中磁場(chǎng)能的圖象應(yīng)該在橫軸上方．故本題選D9．D【來源】四川省南充市閬中中學(xué)校2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期期中學(xué)習(xí)質(zhì)量檢測(cè)物理試題【詳解】A．在1×10－6s時(shí)刻，電容器所帶電量為零，磁場(chǎng)能最大，電路中的電流最大，故A錯(cuò)誤；B．在2×10－6s時(shí)刻，電容器所帶電量最多，電路的磁場(chǎng)能最小，故B錯(cuò)誤；C．2×10－6s至3×10－6s時(shí)間內(nèi)，電容器所帶電量減小，電路的電場(chǎng)能不斷減小，故C錯(cuò)誤；D．3×10－6s至4×10－6s時(shí)間內(nèi)，電容器所帶的電荷量不斷增多，故D正確。故選D。10．D【來源】專題16光學(xué)電磁波相對(duì)論——2018-22年五年浙江卷高考匯編【詳解】A．脈沖電流作用于不同人體時(shí)，不同人體的導(dǎo)電性能不同，故電流大小不同，A錯(cuò)誤；B．電容器放電過程中，開始時(shí)電流較大，隨著帶電量的減小，放電電流逐漸減小，不是恒定的，B錯(cuò)誤；CD．振蕩電路的振蕩的振蕩周期為電容器在時(shí)間內(nèi)放電至兩極板間的電壓為0，即則線圈的自感系數(shù)L越小，放電脈沖電流的放電時(shí)間越短；電容器的電容C越大，放電脈沖電流的放電時(shí)間越長，故C錯(cuò)誤D正確。故選D。11．D【來源】專題14.3電磁振蕩和電磁波【練】——2023年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)（新教材新高考通用）【詳解】A．沙漠中的“蜃景”現(xiàn)象是光的全反射引起的，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．圖乙所示是光照射不透明的小圓板得到的衍射圖樣，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；C．圖丙所示是水流導(dǎo)光實(shí)驗(yàn)時(shí)，激光沿水流會(huì)變彎曲是由于光的全反射，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；D．根據(jù)圖示電路可知，該振蕩電路正在充電，電流在減小，電容器兩極板間的電壓正在增大，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化電場(chǎng)能，所以磁場(chǎng)能正在減小，故D項(xiàng)正確。故選D。12．C【來源】14.2光的波動(dòng)性電磁波與相對(duì)論-2023年高考物理一輪復(fù)習(xí)提升核心素養(yǎng)【詳解】AB．由題意知S置于b端后，自感線圈兩端的電勢(shì)差呈余弦規(guī)律變化，由于t=0時(shí)刻電容器電壓為3V，故此時(shí)自感線圈兩端的電勢(shì)差也為3V，然后開始減小，當(dāng)?shù)谝淮螢?.5V時(shí)，則可知經(jīng)歷時(shí)間為六分之一周期，故振蕩周期為0.12s。所以0.04s時(shí)回路中的電流不為零，0.03s時(shí)回路中的電流才為零，0.06s時(shí)電感線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)值達(dá)到最大，為3V，故AB錯(cuò)誤；C．經(jīng)分析，0.07s~0.08s時(shí)間內(nèi)，電容器極板間電場(chǎng)方向豎直向上且逐漸減小，故C正確；D．0.04s~0.05s時(shí)間內(nèi)，線圈兩端的電勢(shì)差增大即電容器極板間電場(chǎng)增大，電場(chǎng)能增大，則磁場(chǎng)能逐漸減小，故D錯(cuò)誤。故選C。13．BD【來源】遼寧省朝陽市建平縣高級(jí)中學(xué)2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期第一次月