【高考物理】2026高考導(dǎo)與練總復(fù)習(xí)物理一輪（基礎(chǔ)版）第十三章第3講電磁振蕩與電磁波含答案第3講電磁振蕩與電磁波情境導(dǎo)思隨著科技的發(fā)展,越來越多的手機(jī)用戶選擇使用藍(lán)牙耳機(jī),手機(jī)與基站及耳機(jī)的通信如圖所示。若基站與手機(jī)、手機(jī)與耳機(jī)之間通信的電磁波分別為甲波、乙波;則:(1)甲、乙兩波是怎么產(chǎn)生的?(2)甲、乙波都是橫波還是縱波?都能在真空中傳播嗎?(3)甲、乙兩波的頻率哪個(gè)高?真空中,誰的速度大?(4)甲波與乙波有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象嗎?1.如圖甲所示為L(zhǎng)C振蕩電路,從t=0時(shí)刻開始,回路中的電流隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示,規(guī)定電流沿順時(shí)針方向?yàn)檎较?。下列說法正確的是()[A]0～t1時(shí)間內(nèi),兩極板間的電壓逐漸增大[B]t2時(shí)刻,LC振蕩電路的電場(chǎng)能最小[C]t2～t3時(shí)間內(nèi),上極板的正電荷逐漸減少[D]t3～t4時(shí)間內(nèi),電容器正在充電,且下極板帶負(fù)電【答案】C【答案】充電電流i磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)周期性2πLC12.關(guān)于電磁波的應(yīng)用,下列說法不正確的是()[A]電磁爐是利用電磁波來工作的[B]微波爐是利用電磁波的能量來快速加熱食物的[C]雷達(dá)是利用電磁波的反射來偵測(cè)目標(biāo)的[D]夜視儀是利用紅外線來幫助人們?cè)谝归g看見物體的【答案】A【答案】電場(chǎng)磁場(chǎng)介質(zhì)3×108λf可見光考點(diǎn)一電磁振蕩1.各物理量變化情況(電容器電量最大時(shí)開始計(jì)時(shí))時(shí)刻(時(shí)間)0～TTT3T4工作過程放電過程充電過程放電過程充電過程電荷量q變小變大變小變大電壓u變小變大變小變大電場(chǎng)強(qiáng)度E變小變大變小變大電流i變大變小變大變小磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大變小變大變小能量轉(zhuǎn)化E電→E磁E磁→E電E電→E磁E磁→E電2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像[例1]【電磁振蕩過程的判斷】(2024·江蘇蘇州期中)LC振蕩電路既可產(chǎn)生特定頻率的信號(hào),也可從復(fù)雜的信號(hào)中分離出特定頻率的信號(hào),是許多電子設(shè)備中的關(guān)鍵部件。如圖所示,某時(shí)刻線圈中磁場(chǎng)方向向上,且電路中的電流正在增大,下列說法正確的是()[A]電容器正在充電[B]電路中的電場(chǎng)能正在增大[C]電容器上極板帶正電[D]電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度正在減小【答案】D【解析】因?yàn)殡娐分械碾娏髡谠龃?可知電容器正在放電,電路中的電場(chǎng)能正在減小,極板帶電量正在減小,則兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度正在減小,由右手螺旋定則可知,回路中的電流為順時(shí)針方向,電容器下極板帶正電,故選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤,D正確。[例2]【電磁振蕩過程的分析】(2025·湖北階段練習(xí))(多選)如圖所示,圖甲是LC振蕩回路中電流隨時(shí)間的變化關(guān)系,若以圖乙回路中順時(shí)針方向的電流為正,a、b、c、d均為電場(chǎng)能或磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,下列說法正確的是()[A]圖乙中的a是電場(chǎng)能最大的時(shí)刻,對(duì)應(yīng)圖甲中的T2[B]圖乙中的b是電場(chǎng)能最大的時(shí)刻,此后的T4[C]圖乙中的c是磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,對(duì)應(yīng)圖甲中的3T[D]圖乙中的d是磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,此后電容器的下極板將充上負(fù)電荷【答案】BD【解析】題圖乙中的a是電場(chǎng)能最大的時(shí)刻,由于上極板帶正電,此后的T4內(nèi)電容器放電,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,對(duì)應(yīng)題圖甲中的0時(shí)刻或T時(shí)刻,故A錯(cuò)誤;題圖乙中的b是電場(chǎng)能最大的時(shí)刻,由于下極板帶正電,此后的T4內(nèi)電容器放電,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,故B正確;題圖乙中的c是磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,此后磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,根據(jù)右手螺旋定則,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,對(duì)應(yīng)題圖甲中的T4時(shí)刻,故C錯(cuò)誤;題圖乙中的d是磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,此后磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,此后電容器的下極板將充上負(fù)電荷,[例3]【周期公式的應(yīng)用】某LC電路的振蕩頻率為520kHz,為能提高到1040kHz,下列說法正確的是()[A]調(diào)節(jié)可變電容器,使電容增大為原來的4倍[B]調(diào)節(jié)可變電容器,使電容減小為原來的1[C]調(diào)節(jié)電感線圈,使線圈匝數(shù)增加到原來的4倍[D]調(diào)節(jié)電感線圈,使線圈電感變?yōu)樵瓉淼?【答案】B【解析】由振蕩頻率公式f=12πLC可知,要使頻率提高到原來的2倍,可以減小電容使之變?yōu)樵瓉淼?4,或減小電感使之變?yōu)樵瓉淼?4,故B正確,A考點(diǎn)二電磁場(chǎng)和電磁波電磁波譜1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論2.電磁波與機(jī)械波的比較項(xiàng)目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生波的特點(diǎn)橫波縱波或橫波波速由介質(zhì)和電磁波頻率共同決定,在真空中等于光速c=3.0×108m/s由介質(zhì)決定(如聲波波速在空氣中一般為340m/s)傳播是否需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)能量傳播電磁能機(jī)械能3.電磁波譜的分析及應(yīng)用電磁波譜頻率/Hz真空中波長(zhǎng)/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波<3×1011>10-3波動(dòng)性強(qiáng),易發(fā)生衍射無線電技術(shù)紅外線1011～101510-7～10-3熱效應(yīng)紅外遙感可見光101510-7引起視覺照明、攝影紫外線1015～101610-8～10-7化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910-11～10-8穿透本領(lǐng)強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視γ射線>1019<10-11穿透本領(lǐng)更強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療[例4]【麥克斯韋電磁場(chǎng)理論】(2024·廣西桂林期末)(多選)如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的以下四種磁場(chǎng)中,下列判斷正確的是()[A]圖甲能產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波[B]圖乙能產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波[C]圖丙能產(chǎn)生電場(chǎng),也能產(chǎn)生電磁波[D]圖丁能產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波【答案】AC【解析】題圖甲是均勻變化的磁場(chǎng),可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng),但不能產(chǎn)生電磁波,故A正確;題圖乙是穩(wěn)定的磁場(chǎng),不可以產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波,故B錯(cuò)誤;題圖丙是周期性變化的磁場(chǎng),能產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng),也能產(chǎn)生電磁波,故C正確;題圖丁是周期性變化的磁場(chǎng),能產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng),也能產(chǎn)生電磁波,故D錯(cuò)誤。[例5]【電磁波與機(jī)械波的比較】(2024·江蘇徐州階段練習(xí))下列關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法,錯(cuò)誤的是()[A]機(jī)械波可能是縱波,而電磁波必定是橫波[B]機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān),而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān),還與電磁波的頻率有關(guān)[C]它們都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象[D]機(jī)械波和電磁波本質(zhì)上是一致的【答案】D【解析】機(jī)械波可能是橫波也可能是縱波,而電磁波必定是橫波,故A說法正確;機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān),而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān),還與電磁波的頻率有關(guān),故B說法正確;它們都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,故C說法正確;機(jī)械波與電磁波本質(zhì)上不同,電磁波的傳播不需要介質(zhì),機(jī)械波的傳播需要介質(zhì),故D說法錯(cuò)誤。[例6]【電磁波的應(yīng)用】(2024·江蘇宿遷開學(xué)考試)電磁波在醫(yī)院得到了廣泛應(yīng)用。關(guān)于電磁波的某些特性,下列說法不正確的是()[A]伽馬手術(shù)刀治療癌癥是利用γ射線強(qiáng)穿透力,能量高的特性[B]胸透又稱熒光透視,是利用X射線具有穿透性、熒光性和攝影效應(yīng)的特性[C]紅外線測(cè)溫儀,是利用了紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)的特性[D]醫(yī)用紫外滅菌燈是利用了紫外線的消毒特性【答案】C【解析】γ射線能量高、穿透力強(qiáng),醫(yī)院常用γ射線照射癌細(xì)胞,治療癌癥,故A說法正確;X射線具有穿透性、熒光性和攝影效應(yīng)的特性,所以可以用來做胸透,故B說法正確;紅外線測(cè)溫儀,是利用了紅外線的熱效應(yīng),故C說法錯(cuò)誤;醫(yī)院用紫外線燈照射的方法來消毒滅菌,是利用了紫外線的消毒特性,故D說法正確。(滿分:60分)對(duì)點(diǎn)1.電磁振蕩1.(4分)(2024·江蘇徐州期末)某同學(xué)利用自制線圈和一個(gè)可調(diào)電容,制作一個(gè)最簡(jiǎn)單的LC調(diào)諧電路,用來收聽中波的無線電廣播。他發(fā)現(xiàn)有一個(gè)頻率最高的中波電臺(tái)收不到,但可以接收其他中波電臺(tái)。為了收到這個(gè)電臺(tái),下列做法可行的是()[A]線圈中插入鐵芯[B]減小線圈的匝數(shù)[C]增大電容器正對(duì)面積[D]減小電容器極板間距離【答案】B【解析】根據(jù)f=12πLC,為了收到這個(gè)電臺(tái),需要增大振蕩頻率。線圈中插入鐵芯,線圈自感系數(shù)L變大,振蕩頻率f減小,故A錯(cuò)誤;減小線圈的匝數(shù),線圈自感系數(shù)L變小,振蕩頻率f增大,故B正確;根據(jù)C=εrS4πkd,增大電容器正對(duì)面積或減小電容器極板間距離,電容C均增大,則振蕩頻率2.(4分)(2024·四川綿陽期末)中高考等國家考試使用“考試專用”的金屬探測(cè)儀檢查考生是否攜帶金屬物體進(jìn)入考場(chǎng)。如圖所示,金屬探測(cè)儀內(nèi)部有線圈與電容器,構(gòu)成了LC振蕩電路。當(dāng)探測(cè)儀檢測(cè)到金屬物體時(shí),探測(cè)儀線圈的自感系數(shù)發(fā)生變化,從而引起振蕩電路中的電流頻率發(fā)生變化,探測(cè)儀檢測(cè)到這個(gè)變化就會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲響。已知某時(shí)刻電流的方向由b流向a,且電流正在增大,則()[A]該時(shí)刻電容器下極板帶正電荷[B]線圈的磁場(chǎng)能在減小[C]電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度正在加強(qiáng)[D]線圈的自感電動(dòng)勢(shì)在減小【答案】D【解析】某時(shí)刻電流的方向由b流向a,且電流正在增大,說明電容器正處于放電的過程,可知該時(shí)刻電容器上極板帶正電荷,下極板帶負(fù)電荷,電容器所帶的電荷量在減小,則電容器的電場(chǎng)能在減小,線圈的磁場(chǎng)能在增加,A、B錯(cuò)誤;電容器正處于放電的過程,電容器兩端電壓在降低,由E=Ud可知,電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度正在減弱,C錯(cuò)誤;由電容器放電特點(diǎn)可知,電流增大得越來越慢,由自感電動(dòng)勢(shì)公式E自=LΔIΔt可知3.(6分)(2024·河南開封二模)(多選)圖甲為測(cè)量?jī)?chǔ)罐中不導(dǎo)電液體高度的電路,將與儲(chǔ)罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容C置于儲(chǔ)罐中,電容C可通過開關(guān)S與電感L或電源相連。當(dāng)開關(guān)從a撥到b時(shí),由電感L與電容C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生的振蕩電流如圖乙所示。在平行板電容器極板面積一定、兩極板間距離一定的條件下,下列說法正確的是()[A]儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高度降低時(shí),LC回路振蕩電流的頻率將變大[B]t1～t2時(shí)間內(nèi)電容器放電[C]t2～t3時(shí)間內(nèi)LC回路中電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能[D]該振蕩電流的有效值為2Im【答案】AC【解析】LC回路振蕩電流的頻率為f=12πLC,根據(jù)平行板電容器電容的決定式有C=εrS4πkd,儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高度降低時(shí),相對(duì)介電常數(shù)εr減小,電容減小,則LC回路振蕩電流的頻率將變大,故A正確;根據(jù)題圖乙可知,t1～t2時(shí)間內(nèi)電流減小,電容器充電,磁場(chǎng)能減小,電場(chǎng)能增大,LC回路中磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,故B錯(cuò)誤;根據(jù)題圖乙可知,t2～t3時(shí)間內(nèi)電流增大,電容器放電,磁場(chǎng)能增大,電場(chǎng)能減小,LC回路中電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能,故C正確;根據(jù)正弦式交變電流的有效值規(guī)律可知,該振蕩電流的有效值為I對(duì)點(diǎn)2.電磁場(chǎng)和電磁波電磁波譜4.(4分)(2024·山西太原期中)2024年10月30日,我國神舟十九號(hào)載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功飛向我國空間站。神十八、神十九兩個(gè)乘組“太空會(huì)師”,直播畫面通過電磁波傳送到地面。下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()[A]電磁波可以在真空中傳播[B]麥克斯韋首次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在[C]電磁波傳播過程中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)都是均勻變化的[D]太空中航天員講話時(shí)畫面與聲音同步,說明電磁波與聲波具有相同的傳播速度【答案】A【解析】電磁波可以在真空中傳播,故A正確;赫茲首次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在,故B錯(cuò)誤;均勻變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化時(shí)只能產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)和電場(chǎng),不會(huì)產(chǎn)生電磁波,故電磁波傳播過程中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是均勻變化的,故C錯(cuò)誤;太空中航天員講話時(shí)畫面與聲音都是通過電磁波傳播到地面的,故畫面和聲音同步,但不能說明電磁波與聲波具有相同的傳播速度,故D錯(cuò)誤。5.(4分)(2024·福建莆田期末)關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用,下列說法正確的是()[A]微波爐利用紅外線的熱效應(yīng)快速加熱食物[B]紫外線具有殺菌作用,醫(yī)院常用紫外線進(jìn)行消毒[C]γ射線穿透力很強(qiáng),醫(yī)學(xué)上常用它進(jìn)行人體透視檢查[D]車站、機(jī)場(chǎng)安全檢查時(shí)“透視”行李箱的安檢裝置利用的是紅外線【答案】B【解析】微波爐是利用了微波的頻率與水的固有頻率相接近,從而使水振動(dòng)而發(fā)熱的,故A錯(cuò)誤;紫外線具有殺菌作用,醫(yī)院常用紫外線進(jìn)行消毒,故B正確;X射線有很強(qiáng)的穿透本領(lǐng),常用于醫(yī)學(xué)上透視人體,故C錯(cuò)誤;車站、機(jī)場(chǎng)安全檢查時(shí)“透視”行李箱的安檢裝置利用的是X射線,故D錯(cuò)誤。6.(6分)(2021·福建卷,5)(多選)以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長(zhǎng)距離通信的主要手段。2020年11月10日,中國載人潛水器“奮斗者”號(hào)創(chuàng)造了10909米深潛紀(jì)錄。此次深潛作業(yè)利用了水聲通信和電磁通信等多種通信方式進(jìn)行指令傳輸或數(shù)據(jù)交換,如圖所示。下列說法正確的是()[A]“奮斗者”號(hào)與“探索一號(hào)”通信的信息載體屬于橫波[B]“奮斗者”號(hào)與“滄海”號(hào)通信的信息載體屬于橫波[C]“探索一號(hào)”與通信衛(wèi)星的實(shí)時(shí)通信可以通過機(jī)械波實(shí)現(xiàn)[D]“探索一號(hào)”與“探索二號(hào)”的通信過程也是能量傳播的過程【答案】BD【解析】“奮斗者”號(hào)與“探索一號(hào)”通信是通過水聲通信,聲音在水中的傳播是縱波,故信息載體屬于縱波,故A錯(cuò)誤;“奮斗者”號(hào)與“滄?！碧?hào)通信是通過無線藍(lán)綠光通信,光以橫波的形式傳播,故信息載體屬于橫波,故B正確;因?yàn)樘罩袥]有介質(zhì),故機(jī)械波無法傳播,所以“探索一號(hào)”與通信衛(wèi)星的實(shí)時(shí)通信只能通過電磁通信來實(shí)現(xiàn),故C錯(cuò)誤;傳遞信息的過程也是傳遞能量的過程,故“探索一號(hào)”與“探索二號(hào)”的通信過程也是能量傳播的過程,故D正確。7.(6分)(2024·廣東江門期中)(多選)第五代移動(dòng)通信技術(shù)(簡(jiǎn)稱5G)是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù),5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、大規(guī)模設(shè)備連接等。與4G相比,5G使用的電磁波頻率更高。下列說法正確的是()[A]4G比5G使用的電磁波發(fā)生衍射現(xiàn)象更明顯[B]5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同[C]5G和4G使用的電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象[D]在真空中5G使用的電磁波波長(zhǎng)比4G的長(zhǎng)【答案】ABC【解析】5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同,均為c;與4G相比,5G使用的電磁波頻率更高,根據(jù)λ=cf,可知4G使用的電磁波的波長(zhǎng)大于5G的,則4G比5G使用的電磁波發(fā)生衍射現(xiàn)象更明顯,故A、B正確,D錯(cuò)誤;干涉和衍射是波的特性,5G和4G使用的電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,故C8.(6分)(多選)如圖甲為某種車輛智能道閘系統(tǒng)的簡(jiǎn)化原理圖:預(yù)埋在地面下的地感線圈L和電容器C構(gòu)成LC振蕩電路,當(dāng)車輛靠近地感線圈時(shí),線圈自感系數(shù)變大,使得振蕩電流頻率發(fā)生變化,檢測(cè)器將該信號(hào)發(fā)送至車牌識(shí)別器,從而向閘機(jī)發(fā)送起桿或落桿指令。某段時(shí)間振蕩電路中的電流如圖乙所示,則下列有關(guān)說法正確的是()[A]t1時(shí)刻電容器間的電場(chǎng)強(qiáng)度為最小值[B]t1～t2時(shí)間內(nèi),電容器處于充電過程[C]汽車靠近線圈時(shí),振蕩電流頻率變小[D]從圖乙波形可判斷車輛正靠近地感線圈【答案】ABC【解析】由題圖乙可知,t1時(shí)刻地感線圈L中的電流最大,電容器間的電場(chǎng)強(qiáng)度為最小值,A正確;t1～t2時(shí)間內(nèi),線圈L中的電流減小,則電容器處于充電過程,B正確;汽車靠近線圈時(shí),線圈的自感系數(shù)增大,由f=12πLC可知,振蕩電流頻率變小,C正確;由題圖乙可知,頻率增大,則線圈自感系數(shù)變小,9.(4分)(2024·浙江金華期末)如圖所示,L為電阻可忽略的線圈,R為電阻,C為電容器,開關(guān)S處于閉合狀態(tài)?，F(xiàn)突然斷開S,并開始計(jì)時(shí),電路工作過程中,同時(shí)會(huì)向外輻射電磁波。下列選項(xiàng)能正確反映LC回路中電流i(順時(shí)針方向?yàn)檎?、電容器中電場(chǎng)E(豎直向下為正)、以及兩極板間電勢(shì)差Uab隨時(shí)間變化的圖像是() [A][B] [C][D]【答案】D【解析】L為一電阻可忽略的線圈,當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),電容器帶電量為零,通過線圈L的電流向下;斷開S后,電流在LC電路中開始振蕩,電容器開始充電,電流沿逆時(shí)針方向(負(fù)方向)且電流逐漸減小,故A、B錯(cuò)誤;斷開S后,電容器開始充電,b板帶正電荷且逐漸增加,即負(fù)方向的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增加,則兩極板間電勢(shì)差Uab逐漸增大,且為負(fù),故C錯(cuò)誤,D正確。10.(4分)(2024·江西一模)如圖甲所示,在LC振蕩電路實(shí)驗(yàn)中,多次改變電容器的電容C并測(cè)得相應(yīng)的振蕩電流的周期T,如圖乙所示,以C為橫坐標(biāo)、T2為縱坐標(biāo),將測(cè)得的數(shù)據(jù)標(biāo)示在坐標(biāo)系中并用直線擬合數(shù)據(jù),則()[A]電路中的磁場(chǎng)能最大時(shí),電容器板間電場(chǎng)能最大[B]電容器板間場(chǎng)強(qiáng)增大時(shí),電路中電流正在增大[C]電容器帶電量最大時(shí),電路中電流最大[D]可由T2-C圖像計(jì)算線圈的自感系數(shù)【答案】D【解析】電路中的磁場(chǎng)能最大時(shí),電容器板間電場(chǎng)能最小為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電容器板間場(chǎng)強(qiáng)增大時(shí),電容器正在充電,磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,電路中電流正在減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電容器充電結(jié)束時(shí),電容器帶電量達(dá)到最大,電場(chǎng)能最大,電路中電流為零,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由T=2πLC,得T2=4π2LC,由T2-C圖像的斜率可以計(jì)算得到線圈的自感系數(shù),選項(xiàng)D正確。11.(12分)(2024·江蘇淮安期中)如圖所示的LC電路中,電容C為0.4μF,電感L為1mH。已充電的平行板電容器兩極板水平放置。開關(guān)S斷開時(shí),極板間有一帶負(fù)電灰塵恰好靜止。當(dāng)t=0時(shí)閉合開關(guān)S,灰塵在電容器內(nèi)運(yùn)動(dòng),重力加速度g取10m/s2。(1)求LC電路中電磁振蕩的周期;(2)當(dāng)t=2π×10-5s時(shí),求帶電灰塵的加速度大小;(3)若電容器兩板間電壓最大為10πV,求在0～π×10-5s內(nèi)的平均電流大小和方向?！敬鸢浮?1)4π×10-5s(2)20m/s2(3)0.4A,逆時(shí)針方向【解析】(1)由電磁振蕩的周期公式可得T=2πLC=2π1×1=4π×10-5s。(2)開關(guān)斷開時(shí),灰塵恰好靜止,則有mg=qE,當(dāng)t=2π×10-5s=12T時(shí),電流i=0,電荷量最大,但電場(chǎng)的方向與開始時(shí)相反,mg+qE=ma,解得a=2g=20m/s2。(3)若電容器兩板間電壓最大為10πV,則電容器帶電量最大值為Q=CU=0.4×10-6×10πC=4π×10-6C,由于π×10-5s=14T則在0～π×10-5s內(nèi)的平均電流大小I=Q14T=4π×10-6開關(guān)S斷開時(shí),極板間帶負(fù)電灰塵恰好靜止,則電容器的上極板帶正電,則在0～π×10-5s內(nèi)電流沿逆時(shí)針方向。第4講實(shí)驗(yàn):探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)原理1.實(shí)驗(yàn)電路圖2.實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法(1)U1、n1一定,研究n2和U2的關(guān)系。(2)U1、n2一定,研究n1和U2的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)器材學(xué)生電源(低壓交流)、可拆變壓器(配備幾個(gè)不同匝數(shù)的線圈)、多用電表、開關(guān)、導(dǎo)線若干。三、實(shí)驗(yàn)操作及步驟1.保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變,改變副線圈的匝數(shù)n2,研究n2對(duì)副線圈電壓U2的影響。(1)估計(jì)被測(cè)電壓的大致范圍,選擇多用電表交流電壓擋適當(dāng)量程,若不知道被測(cè)電壓的大致范圍,則應(yīng)選擇交流電壓擋的最大量程進(jìn)行測(cè)量。(2)組裝可拆變壓器:把兩個(gè)線圈穿在鐵芯上,閉合鐵芯,用交流電壓擋測(cè)量輸入、輸出電壓。2.保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變,研究原線圈的匝數(shù)對(duì)副線圈電壓的影響,重復(fù)上述步驟。四、數(shù)據(jù)處理分析表格可知,理想變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)n1、n2之比。次數(shù)1234n1/匝n2/匝n1∶n2U1/VU2/VU1∶U2五、注意事項(xiàng)1.要事先推測(cè)副線圈兩端電壓的可能值。2.為了人身安全,只能使用低壓交流電壓,所用電壓不要超過12V,通電時(shí)不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。3.為了多用電表的安全,使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí),先用最大量程擋試測(cè),大致確定被測(cè)電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量。六、誤差分析1.由于漏磁,通過原、副線圈每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。2.原、副線圈有電阻,原、副線圈中產(chǎn)生的焦耳熱損耗造成誤差。3.鐵芯中有磁損耗,產(chǎn)生渦流造成誤差。4.多用電表的讀數(shù)存在誤差。考點(diǎn)一基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)[例1]【實(shí)驗(yàn)原理與操作】(2024·江蘇宿遷期中)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,可拆變壓器如圖所示。(1)本實(shí)驗(yàn)要通過改變?cè)?、副線圈匝數(shù),探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)中需要運(yùn)用的科學(xué)方法是。

A.控制變量法B.等效替代法C.整體隔離法(2)為了減小渦流的影響,鐵芯應(yīng)該選擇。

A.整塊硅鋼鐵芯B.整塊不銹鋼鐵芯C.彼此絕緣的硅鋼片疊成D.彼此絕緣的銅片疊成(3)本實(shí)驗(yàn)除有閉合鐵芯的原、副線圈外,還須選用的器材是。(多選)

ABCD(4)下列做法正確的是。

A.為了人身安全,只能使用低壓直流電源,所用電壓不要超過12VB.為了多用電表的安全,使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí),先用最大量程擋試測(cè)C.觀察兩個(gè)線圈的導(dǎo)線,發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同,導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)多D.變壓器開始正常工作后,鐵芯導(dǎo)電,把電能由原線圈輸送到副線圈【答案】(1)A(2)C(3)AD(4)B【解析】(1)本實(shí)驗(yàn)要通過改變?cè)?、副線圈匝數(shù),探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)中需要運(yùn)用的科學(xué)方法是控制變量法。故選A。(2)為了減小渦流的影響,鐵芯應(yīng)該選擇彼此絕緣的硅鋼片疊成。故選C。(3)本實(shí)驗(yàn)原線圈需要連接低壓交流電源,需要測(cè)副線圈的輸出電壓,需要交流電壓表,所以需要選用的器材是學(xué)生電源和多用電表。故選AD。(4)變壓器對(duì)交流有作用,對(duì)直流無作用,為了人身安全,只能使用低壓交流電源,且電壓不要超過12V,故A錯(cuò)誤;為了多用電表的安全,使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí),先用最大量程擋試測(cè),大致確定被測(cè)電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量,故B正確;根據(jù)變壓器原、副線圈的規(guī)律有n1I1=n2I2,可知匝數(shù)多,其電流相對(duì)較小;導(dǎo)線粗的線圈電阻小,對(duì)應(yīng)較大電流,其匝數(shù)就少,故C錯(cuò)誤;變壓器開始正常工作后,鐵芯并不導(dǎo)電,通過電磁感應(yīng),把電能由原線圈輸送到副線圈,故D錯(cuò)誤。[例2]【數(shù)據(jù)處理與誤差分析】(2024·廣東清遠(yuǎn)期末)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中使用的可拆式變壓器如圖所示,圖中各接線柱對(duì)應(yīng)的數(shù)字表示倍率為“×100”的匝數(shù)。(1)組裝好可拆式變壓器后,使用學(xué)生電源給原線圈供電,用多用電表測(cè)量副線圈兩端的電壓,下列操作正確的是。

A.原線圈接直流電壓,電表用直流電壓擋B.原線圈接直流電壓,電表用交流電壓擋C.原線圈接交流電壓,電表用直流電壓擋D.原線圈接交流電壓,電表用交流電壓擋(2)在正確組裝變壓器后,甲、乙、丙三名同學(xué)分別利用控制變量法探究副線圈的電壓U2與原線圈的電壓U1、原線圈的匝數(shù)n1、副線圈的匝數(shù)n2的關(guān)系,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成甲、乙、丙三幅圖像,(選填“甲”“乙”或“丙”)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有誤。

(3)小明同學(xué)正確組裝變壓器后,把12V的學(xué)生交流電源接到原線圈“2”“14”接線柱,副線圈接線“0”“4”接線柱,原、副線圈的匝數(shù)比為,在確認(rèn)電路連接無誤的情況下,接在副線圈兩端的交流電壓表的實(shí)際讀數(shù)可能是。

A.8.0V B.4.0V C.3.8V D.0(4)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,原、副線圈上的電壓之比并不等于它們的匝數(shù)之比。分析下列可能的原因,正確的是(多選)。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)n1/匝n2/匝U1/VU2/V12001008.24.022001006.12.932001004.01.9A.原、副線圈的電壓不同步B.變壓器線圈中有電流通過時(shí)會(huì)發(fā)熱C.鐵芯在交變磁場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)熱D.穿過副線圈的磁通量小于原線圈的磁通量【答案】(1)D(2)乙(3)3∶1C(4)BCD【解析】(1)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,電源應(yīng)使用交流電源,同時(shí)還需要交流電壓表來測(cè)量電壓。故選D。(2)對(duì)于理想變壓器有U1U2=n1n2,整理得U2=n2n1U1或U2=U1n2·1n1或(3)由題意可知,原線圈的匝數(shù)為n1=(14-2)×100=1200,副線圈的匝數(shù)為n2=(4-0)×100=400,所以理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2=1200400=31。設(shè)副線圈的電壓為U2,有U1U2=n1n2,解得U2=4V,由于變壓器不是理想變壓器,會(huì)有“漏磁”的情況出現(xiàn),(4)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,原、副線圈上的電壓之比并不等于它們的匝數(shù)之比,其變壓器并不是理想變壓器,能量損失主要來自三個(gè)方面,分別是變壓器線圈中電阻有電流通過時(shí)會(huì)發(fā)熱(銅損)、鐵芯在交變磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生渦流發(fā)熱(鐵損)和由于漏磁導(dǎo)致穿過副線圈的磁通量小于原線圈的磁通量(磁損)。故選BCD?？键c(diǎn)二創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)[例3]【實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新】(2024·廣東廣州期中)某同學(xué)用可拆變壓器探究“變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”。(1)該同學(xué)將原線圈接一學(xué)生電源的交流電壓輸出端,并使用交流電壓表分別測(cè)量原、副線圈兩端的電壓,得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。實(shí)驗(yàn)序號(hào)原線圈匝數(shù)n1副線圈匝數(shù)n2原線圈電壓U1/V副線圈電壓U2/V14002004.222.1024008004.228.36340016004.2216.83根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到的結(jié)論為:在誤差允許的范圍內(nèi),。

(2)該同學(xué)利用(1)問中第2組數(shù)據(jù)時(shí)的副線圈給一標(biāo)有“3.8V0.3A”字樣的小燈泡供電,發(fā)現(xiàn)小燈泡并沒有被燒壞。測(cè)量此時(shí)小燈泡兩端的電壓約為3.00V,并不是8.36V,其原因主要是。

(3)可拆變壓器鐵芯是由相互絕緣的薄硅鋼片疊壓而成。如圖所示,原線圈接交流電源,副線圈接入小燈泡。第一次,緩緩移動(dòng)鐵芯橫條使鐵芯完全閉合;第二次,另取一塊與變壓器鐵芯橫條尺寸相同的普通鐵塊替換鐵芯橫條,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。兩次均觀察到小燈泡由暗變亮。以下說法正確的是。(多選)

A.第二次實(shí)驗(yàn)中小燈泡更亮些B.用普通鐵塊和用鐵芯橫條相比,普通鐵塊更容易發(fā)熱C.無論用普通鐵塊還是用鐵芯橫條,流經(jīng)小燈泡的電流均為交變電流【答案】(1)變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比(2)副線圈有電阻,且與小燈泡電阻相近,副線圈分壓(3)BC【解析】(1)第一組數(shù)據(jù),原、副線圈匝數(shù)比為n1n2=400200=21,電壓之比為U1U2=4.222.10≈21;第二組數(shù)據(jù),原、副線圈匝數(shù)比為n1n2=400800=12,電壓之比為U1U2=4.228.(2)由于副線圈存在電阻,且與小燈泡電阻相近,即副線圈分壓,使得小燈泡兩端電壓變小。(3)鐵芯橫條與普通鐵塊都是導(dǎo)磁材料,鐵芯閉合后,減少了漏磁現(xiàn)象,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大,小燈泡變亮;用普通鐵塊和用鐵芯橫條相比,普通鐵塊由于渦流更容易發(fā)熱,變壓器效率低一些,第一次實(shí)驗(yàn)中小燈泡更亮些,故A錯(cuò)誤,B正確。無論用普通鐵塊還是用鐵芯橫條,副線圈中還是交變電流,流經(jīng)小燈泡的電流均為交變電流,故C正確。[例4]【實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)新】(2024·貴州貴陽模擬)有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器,如圖甲所示,它有兩個(gè)外觀基本相同的線圈A、B(內(nèi)部導(dǎo)線電阻率、橫截面積相同),線圈外部還可以繞線。(1)某同學(xué)用一多用電表的同一倍率電阻擋先后測(cè)量了A、B線圈的電阻值,指針分別對(duì)應(yīng)圖乙中的A、B位置,由此可推斷(選填“A”或“B”)線圈的匝數(shù)較多。

(2)該實(shí)驗(yàn)中輸入端所接電源最適合的是。

A.220V交流電源B.220V直流電源C.12V以內(nèi)低壓直流電源D.12V以內(nèi)低壓交流電源(3)如果把它看作理想變壓器,現(xiàn)要測(cè)量A線圈的匝數(shù),提供的器材有:一根足夠長(zhǎng)的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源。請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)步驟的填空:①用絕緣導(dǎo)線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈;②將A線圈與低壓交流電源相連接;③用多用電表的擋分別測(cè)量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓U;

④A線圈的匝數(shù)為(用題目中的物理符號(hào)表示)。

【答案】(1)A(2)D(3)③交流電壓④n【解析】(1)根據(jù)電阻定律R=ρlS,電阻率和橫截面積相同時(shí),導(dǎo)線越長(zhǎng),電阻越大,A線圈電阻比B的大,故A(2)為保證學(xué)生安全,應(yīng)用12V以內(nèi)低壓交流電源,故選D。(3)變壓器輸入、輸出都是交變電流,所以要用交流電壓擋測(cè)輸入和輸出電壓。根據(jù)變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比得UAU=nAn,解得n(滿分:50分)1.(10分)(2024·廣東廣州期末)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)采用了如圖所示的可拆式變壓器進(jìn)行研究,圖中各接線柱對(duì)應(yīng)的數(shù)字表示倍率為“×100”的匝數(shù)。(1)對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程,下列說法正確的是。

A.本探究實(shí)驗(yàn)采用了控制變量法B.測(cè)量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“直流電壓擋”C.因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用電壓較低,通電情況下可用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱(2)若變壓器是理想變壓器,電源接變壓器原線圈“0”“8”接線柱,副線圈接“0”“4”接線柱,若副線圈所接電表的示數(shù)為6.0V,則原線圈的輸入電壓應(yīng)為。

A.18.0V B.12.0V C.5.0V D.3.0V(3)該同學(xué)組裝變壓器時(shí)忘記將鐵芯閉合進(jìn)行實(shí)驗(yàn),若原、副線圈匝數(shù)比為8∶1,原線圈接12.0V交流電壓,則測(cè)量副線圈的交流電壓表的實(shí)際讀數(shù)可能是。

A.0 B.9.60V C.1.50V D.0.65V(4)正確組裝變壓器后,用匝數(shù)Na=400和Nb=800的變壓器實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)如下表:Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)可判斷連接交流電源的原線圈是(選填“Na”或“Nb”)。

【答案】(1)A(2)B(3)D(4)Nb【解析】(1)為便于探究,可以采用控制變量法,故A正確;變壓器的原線圈接低壓交流電,測(cè)量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“交流電壓擋”,故B錯(cuò)誤;雖然實(shí)驗(yàn)所用電壓較低,但是通電時(shí)不可用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱等檢查電路,這樣可避免發(fā)生危險(xiǎn),實(shí)驗(yàn)操作更規(guī)范,故C錯(cuò)誤。(2)變壓器為理想變壓器,則原線圈電壓為U1=n1U2n2=84×6.0V=12.(3)假設(shè)變壓器為理想變壓器,則副線圈電壓為U2=n2U1n1=18×12.0V=1.5V,考慮到變壓器未將鐵芯閉合,導(dǎo)致漏磁,使通過副線圈的磁通量減小,則副線圈兩端電壓小于1.5V,電壓表測(cè)量的是有效值,則讀數(shù)小于1.(4)由于有漏磁、原副線圈內(nèi)阻分壓等因素,所以副線圈實(shí)際測(cè)量的電壓值應(yīng)該小于理論值,由理想變壓器規(guī)律U1U2=n1n2,而NaNb=12,由表格數(shù)據(jù)U2.(10分)(2024·江蘇常州期末)小明同學(xué)做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。(1)小明正確連接電路后,選用合適的擋位測(cè)量原、副線圈電壓,并記入下表:序號(hào)123456原線圈U1/V0.02.04.06.08.010.0副線圈U2/V0.00.91.92.9

4.8如圖甲所示,小明測(cè)量第5組數(shù)據(jù)U2時(shí),讀數(shù)為V。

(2)請(qǐng)你利用表格中小明測(cè)量的原、副線圈電壓數(shù)據(jù),在圖乙中作出U1-U2圖像,并求出圖像的斜率k=(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(3)變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1=200、n2=100,比較U1-U2圖像的斜率k與匝數(shù)比n1n2,可以得出的結(jié)論是

【答案】(1)3.9(2)圖見解析2.1(3)在誤差允許范圍內(nèi),原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系為U1U【解析】(1)由表格數(shù)據(jù)的規(guī)律可知,小明測(cè)量第5組數(shù)據(jù)U2時(shí),讀數(shù)為3.9V。(2)按表中數(shù)據(jù)在題圖乙中描點(diǎn)作圖,如圖所示。由U1-U2圖像,其斜率k=10.04.8(3)變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1=200、n2=100,可知匝數(shù)比為n1n2=200100=2,比較U1-U2圖像的斜率k與匝數(shù)比n1n2,3.(15分)功放內(nèi)部的變壓器一般為環(huán)狀,簡(jiǎn)稱環(huán)牛,如圖甲所示。某同學(xué)利用環(huán)牛探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系(環(huán)牛效率極高,可看成理想變壓器,其示意圖如圖乙所示)。(1)測(cè)量環(huán)牛的初級(jí)(原)、次級(jí)(副)線圈匝數(shù)n1、n2的方法是:先在閉合鐵芯上緊密纏繞n=70匝漆包細(xì)銅線,并將理想交流電壓表1接在細(xì)銅線兩端;然后在初級(jí)線圈(左側(cè))上輸入有效值為24.0V的低壓交流電,再將理想交流電壓表2連接在次級(jí)線圈(右側(cè))上,若理想交流電壓表1的示數(shù)為3.0V,理想交流電壓表2的示數(shù)為12.0V,則次級(jí)線圈的匝數(shù)n2=。

(2)若在初級(jí)線圈(左側(cè))上接入電壓瞬時(shí)值u=2202sin100πtV的電壓,則連接在次級(jí)線圈(右側(cè))上的理想交流電壓表2的示數(shù)為V。

(3)由于變壓器工作時(shí)有能量損失,實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的原、副線圈的電壓比(選填“大于”“小于”或“等于”)原、