第04章 电磁振荡与电磁波 练习与应用-高二物理课后习题精准解析（新教材人教版选择性必修第二册）

人教版新教科书高中物理选择性必修第二册 第四章 电磁振荡与电磁波（解析版） 第1节 电磁振荡 练习与应用 1.一个LC电路产生电磁振荡。以横坐标轴表示时间，纵坐标轴既表示电流又表示电压， 试在同一坐标系内，从某一次放电开始，画出该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的i-t图像和u-t图像。 【答案】如图4-1所示。 【解析】 t=0时刻，电容器刚要放电的瞬间，电容器两极板间电压最大，电路中电流为0，由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由0逐渐增大。t=时刻，放电完毕， 电路中电流达到最大，电容器两极板上没有电荷，其电压为0。电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为0，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小。由于电流继续流动，电容器充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷并且电荷逐渐增多。1=时刻，充电完毕，电流减小为0，电容器两极板上的电荷最多，其电压也达到最大。此后，电容器再放电，电路中电流逐渐增大，电容器两极板间电压逐渐减小。t=时刻，放电完毕，电路中电流达到最大，电容器两极板上电压为0。接着，电流继续给电容器充电，电流逐渐减小，电容器两极板间电压逐渐增大。t=T时刻，充电完毕，电流减小为0，电容器两极板上的电荷最多，其电压也达到最大。由图可知，两条图线的相位不相同，电压的相位超前电流的相位。 2. 在上题图像中的一周期内，哪段时间电场能在增大？电场能最大时电流和电压的大小有什么特点？哪段时间磁场能在增大，磁场能 最大时电流和电压的大小有什么特点？ 【答案】在和~T时间内，电场能在增大;电场能最大时电流为0，电压最大;在0~和时间内，磁场能在增大;磁场能最大时电流最大，电压为0。 3. 某收音机中的LC电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生535 kHz到1 605 kHz 的电磁振荡。可调电容器的最大电容和最小电容之比是多少？ 【答案】1:9 【解析】由f=知C=。 可调电容器的最大电容对应的频率是fmin=535 kHz,最小电容对应的频率是fmax=1 605 kHz。代人数据得=. 4. 为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C 置于储罐中，电容C可通过开关S与电感L或电源相连，如图4.1-5所示。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流。 现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，平行板电容器的电容与两极板间是否有电介质存在着确定的关系，当两极板间充入电介质时，电容增大。问： 当储罐内的液面高度降低时，所测得的LC 回路振荡电流的频率如何变化？ 【答案】增大 【解析】由于罐中的液体是不导电的，介电常数比空气大。当液面下降时，金属板间的电介质的介电常数减小，因此，电容器的电容减小。根据LC振荡电路的频率公式f=可知，振.荡电流的频率增大。 第2节 电磁场与电磁波 练习与应用 1. “变化的磁场产生电场”，这是麦克斯韦电磁场理论的重要支柱之一。请你通过相关的实验事实和一定的逻辑推理，说明这个结论的正确性。 【答案】在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。这是因为变化的磁场产生了电场，正是这个电场促使导体中的自由电荷做定向运动，产生了感应电流。即使在变化的磁场 中没有闭合电路，同样会产生电场，即变化的磁场产生电场。 2. 赫兹在1886年做了一个有名的实验，证明了电磁波的存在。他把环状导线的两端各固定一个金属小球，两小球之间有一很小间隙， 他把这个装置放在一个距离正在放电发生电火花的感应圈不远的地方，令他振奋的现象发生了。他当时看到了什么现象？为什么说这个现 象让他捕捉到了电磁波？ 【答案】当与感应圈相连的两个金属球之间出现火花时，导线环两个小球之间也出现了火花。 当与感应圈相连的两个金属球之间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环两个小球之间也产生了火花，说明这个导线环接收到了电磁波。 3.你能否用生活中的例子说明电磁波的存在？ 【答案】收音机能接收无线电信号，遥控器能遥控电子设备，手机能接收和发射无线电信号，这些现象都说明了电磁波的存在。 4.我们通常听到的声音是靠声波来传播的， 而手机接收的是电磁波。请你小结一下：声波和电磁波有哪些地方是相同的？有哪些地方存 在着差异？ 【答案】声波与电磁波的异同见下表。 第3节 无线电波的发射和接收 练习与应用 1. 有4个容易混淆的名词：调制、调幅、 调频、解调。请设计一个结构图来表明它们的 关系，并说明调幅与调频的区别。 1. 结构图如下。 调幅与调频的区别:调幅是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。调频是使高频电磁波的