高中 | LC电磁振荡 题目答案及解析

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选修3-4

第十四章 电磁波

14.2 电磁振荡

LC电磁振荡

科技不断发展,电器让我们更便捷,生活更美好。

法拉第最早使用如图装置研究电磁感应现象。将甲、乙两个线圈绕在同一个闭合铁环上,甲的两端$A$$B$与直流电源连接,乙的两端$C$$D$与灵敏电流表连接。电路连接完好,但电流表的指针没有偏转,其主要原因是$(\qquad)$

["

甲中电流较小,产生磁场较弱

","

甲中电流恒定,不会产生磁场

","

甲中电流恒定,产生稳恒磁场

","

乙线圈匝数较少,产生的感应电流微弱

"]
[["C"]]

闭合与断开开关$\rm S$的瞬间,甲线圈中的电流发生了变化,穿过线圈乙的磁通量发生变化,电流表$\rm G$中产生感应电流。闭合开关$\rm S$ 后,穿过线圈乙的磁通量都不发生变化,电流表$\rm G$中没有感应电流,感应电流只出现在磁通量变化的暂态过程中。

故选:$\rm C$

关于图片解释,下列正确的是$(\qquad)$

["

通入稳恒电流,真空冶炼炉不能加热金属矿物

","

电磁炉可以通过绝缘的陶瓷锅给食物加热

","

互相绝缘的硅钢片叠成铁芯,可以减少涡流损耗

","

手指靠近电容式手机触摸屏,相应部分的电容和电荷量随之改变

"]
[["ACD"]]

$\rm A$.真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化,通入稳恒电流,则金属的磁通量不变,不能产生涡流,故$\rm A$正确;

$\rm B$.使用电磁炉加热食物时,陶瓷锅内没有自由电子,不能产生涡流,所以不可以,故$\rm B$错误;

$\rm C$.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流,故$\rm C$正确;

$\rm D$.手指和屏的夹层工作面形成一个电容器,手指靠近电容式手机触摸屏,电容器的电容改变,所以相应部分的电荷量也随之改变,故$\rm D$正确。

故选:$\rm ACD$

如图,某学习小组设计一款防止电梯突然加速坠落的应急安全装置。在电梯轿厢上安装永久磁铁,井壁固定水平方向的闭合线圈$A$$B$,电梯突然坠落时可起到缓冲的作用。当电梯坠至图示位置时$(\qquad)$

["

磁铁对$B$产生向上的安培力

","

$A$中产生俯视顺时针方向的感应电流

","

$A$$B$中感应电流的方向相反

","

若拆掉线圈$A$,缓冲效果会更好

"]
[["C"]]

$\rm A$.根据“来拒去留”可知,线圈$\rm B$对磁铁有向上的作用力,磁铁对线圈$B$有向下的安培力,故$\rm A$错误;

$\rm B$.由楞次定律可知,线圈$A$中的磁通量向上减小,则感应电流沿逆时针方向(俯视),故$\rm B$错误;

$\rm C$.当电梯坠至图示位置时$A$$B$中磁场均向上,但$A$中磁通量减小,$B$中磁通量增加,根据楞次定律可知,$A$$B$中感应电流的方向相反,故$\rm C$正确;

$\rm D$.根据“来拒去留”可知,线圈$\rm A$对磁铁有向上的作用力,所以线圈$AB$都会阻碍电梯下落,若拆掉线圈$A$,缓冲效果会变差,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

图(甲)为家用燃气灶点火装置电路图。转换器将直流电转换为图(乙)所示的正弦交流电,再与理想变压器连接,变压器副线圈与原线圈的匝数比为$k$。当两个点火针之间的电压瞬间大于$5000\;\rm V$时,就会产生火花,点燃燃气。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

转换器产生交流电的电压有效值为$50\\;\\rm V$

","

只要$k\\gt 100$,即可点燃燃气

","

变压器副线圈中,电流的变化频率为$50\\;\\rm Hz$

","

$k=200$时,一个周期内的放电时间约为$1.33\\times 10^{-2}\\;\\rm s$

"]
[["BCD"]]

$\rm A$.转换器产生交流电的电压有效值为$U= \dfrac{U_{m}}{\sqrt{2}}= \dfrac{50}{\sqrt{2}}\;\text{V}=25\sqrt{\text{2}}\;\text{V}$,故$\rm A$错误;

$\rm B$.原、副线圈的电压关系为$\dfrac{U_{2}}{U_{1}}=\dfrac{n_{2}}{n_{1}}$

由于原线圈最大电压为$50\;\rm V$,副线圈最大电压要大于$5000\;\rm V$,所以$\dfrac{n_{2}}{n_{1}}\gt 100$

$k\gt 100$

$\rm B$正确;

$\rm C$.变压器不改变交变电流的频率,由图可知,原线圈的输入电流的频率为$f=\dfrac{1}{T}=\dfrac{1}{0.02}\;\text{Hz}=50\;\rm Hz$

所以,变压器副线圈中,电流的变化频率为$50\;\rm Hz$,故$\rm C$正确;

$\rm D$.原副线圈匝数比为$200$时,则副线圈电压最大值为$10000\;\rm V$,根据三角函数关系可知其每个周期放电时间为$t=\dfrac{2}{3}T=\dfrac{2}{3} \times 0.02\;\rm \text{s} \approx 1.33 \times 10^{- 2}\;\rm \text{s}$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm BCD$

家用电磁炉工作时,要将$50\;\rm Hz$的市电通过一系列转换,最终形成$20\;\rm kHz\sim 50\;kHz$的高频电流,以提高加热效率,其中的谐振电路则起到关键作用。谐振电路由图中的盘状螺旋加热线圈(电感$L$)、电容器($C$)串联而成。谐振电流$i$增大的过程中,线圈产生的磁场增强,电容器所带电量                 。若要提高谐振电路的频率,可减小加热线圈的电感$L$,或                 电容器的电容$C$

[["减小","减小"]]

谐振电流$i$增大的过程中,线圈产生的磁场增强,电容器放电,电容器所带电量减小;谐振电路的频率为$f=\dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$

所以若要提高谐振电路的频率,可减小加热线圈的电感$L$,或减小电容器的电容$C$

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