第四章 电磁振荡与电磁波

电磁振荡与电磁波知识点总结电磁振荡和电磁波是电磁学领域中的两个重要概念。

它们在现代通信、无线电技术、光学等方面具有广泛应用。

本文将对电磁振荡和电磁波的知识点进行总结，并探讨其相关性及应用。

一、电磁振荡的基本概念与特征电磁振荡是指电磁场的能量在空间中以波动形式传播的过程。

具体来说，电磁振荡是由电场和磁场相互作用而形成的，是电磁辐射的基础。

1. 电磁振荡的基本方程电磁振荡满足麦克斯韦方程组，其中电磁振荡的波动方程描述了电磁场的传播速度和特性。

这个方程是当电磁波在真空中传播时的基本方程。

2. 电磁振荡的特点电磁振荡具有频率、波长和速度等特点。

其中，频率指的是电磁波的振动次数，波长指的是电磁波的传播长度，而速度则是指电磁波在介质中传播的速度。

3. 电磁波的分类根据频率的不同，电磁波可以分为射频波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同类型。

二、电磁波的基本特性与传播方式电磁波是由电场和磁场相互作用而形成的能量传播过程。

具体来说，电磁波将电磁能量以波动方式传播，具有固定的速度和波长。

1. 电磁波的基本特性电磁波具有频率、波长、速度和幅度等基本特性。

其中频率和波长决定了电磁波的性质，速度则是电磁波在介质中传播的速度，幅度则表示了电磁波的强度。

2. 电磁波的传播方式电磁波可以通过空气、真空、介质等媒质进行传播。

其中，在真空中，电磁波的传播速度为光速，即约为3 × 10^8 m/s。

而在介质中，电磁波的传播速度则取决于该介质的折射率。

3. 电磁波的应用电磁波在通信、无线电技术、雷达、医学成像、激光加工等方面有着广泛的应用。

通过调节电磁波的频率和波长，人们可以实现无线通信、遥感探测、医学影像等各种功能。

三、电磁振荡与电磁波的关系与应用电磁振荡和电磁波是密切相关的两个概念。

电磁波是由电磁振荡产生的，而电磁振荡是电磁波传播的基础。

1. 电磁振荡与电磁波的关系电磁振荡是电磁波的产生过程，是电磁场的能量振荡传播。

选修二第四章电磁振荡与电磁波第一节电磁振荡本节需要明白什么是电磁振荡，就是电能转化为磁场能，再由磁场能转化为电能，从而出现周期性变化的电流，这个电流就叫做振荡电流，这种现象叫做电磁振荡，产生电磁振荡的电路叫振荡电路，线圈与电容器组成的电路是最简单的振荡电路，叫做LC振荡电路。

本节需要明白电磁振荡中能量转化的原理与特点。

在电容器放电过程中，是电场能转化为磁场能的过程，电流从最小达到最大；放电结束时，由于线圈自感作用，对电容器沿同方向进行充电，磁场能又转化为电场能；电容器开始反方向放电，电场能转化为磁场能，这个过程电流都是增大的，直到全部放电完毕，电流达到最大；放电结束时，由于线圈自感，对电容器进行同方向的充电，从而返回最初状态，进行下一个周期的变化。

本节还需要明白电磁振荡是周期性变化的电流，产生交流电，具有周期与频率，其周期与线圈的电感、电容器的电容大小有关，频率同样与他们有关。

根据电磁波的传播速度与波长、频率的关系，可以根据图像计算出激发的电磁波波长。

第二章麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦提出的两个假设：根据电磁感应定律提出变化的磁场产生电场；根据对称性，他提出变化的电场产生磁场，并通过小磁针的实验进行了验证。

电场与磁场是不可分割的统一体，这就是电磁场，他们的存在体现了统一性与多样性。

电磁波的预言：麦克斯韦的推断：周期性变化的电场会在周围产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又会在较远的空间引起周期性变化的电场，这样变化的电场与磁场由近到远向空间传播，预言电磁波的存在，犹如水波。

电磁波的特点：E与B方向相互垂直，电磁波是横波；电磁波传播速度等于光速，光就是一种电磁波。

赫兹实验：通过线圈与电容产生电磁振荡，向外发射电磁波，当发生火花放电时，在接收器一端也由于电磁感应产生火花放电，此现象证明接受到了电磁波。

第三节电磁波的发射、传播和接收本节需要明确电磁波是如何发射的。

有效发射电磁波，LC振荡电路必须满足条件，就是振荡频率要高，单位时间发射出去的电磁波的能量与振荡频率四次方成正比，提高振荡频率的方法是减少LC的乘积，具体是减少线圈匝数、减少正对面积、增大板间距离，甚至把闭合的振荡电路改成一条直导线的开放电路。

第4章电磁振荡与电磁波主题1 理解电磁振荡的三个“两”1．两类物理量一类是与电场有关的物理量，一类是与磁场有关的物理量。

(1)电流i，它决定了磁场能的大小。

振荡电流i在电感线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ和磁场能E磁具有与之相同的变化规律。

(2)电量q，它决定了电场能的大小。

电容器两极板间的电压U、场强E、电场能E电、线圈的自感电动势E的变化规律与q的相同。

注意：电流i和电量q的变化不同步，规律如图所示。

2．两个过程(1)充电：当电容器的电量增加时为充电过程，这个过程中电路的电流减小。

(2)放电：当电容器的电量减小时为放电过程，这个过程中电路的电流增加。

注意：在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理量取特殊值(零或最大值)。

3．两类初始条件图甲和图乙所示电路，表示了电磁振荡的两类不同初始条件。

(1)图甲中开关S从1合向2时，振荡的初条件为电容器开始放电。

(2)图乙中开关S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始充电。

学习中应注意区分这两类初始条件，否则会得出相反的结论。

【典例1】(多选)如图所示，甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙所示，规定逆时针方向为正方向，下列说法正确的是( )A．0至t1，电容器正在充电，上极板带正电B．t1到t2，电容器正在放电，上极板带负电C．在t3时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极D．在t4时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极BC[0到t1，电流为正，且在减小，即电流为逆时针方向减小，说明电容器正在充电，电流方向为正电荷的运动方向，所以上极板带负电荷；t1到t2，电流为负且在增大，即电流为)最顺时针方向增大，说明电容器在放电，上极板带负电荷；在t3时刻，电流的变化率(ΔiΔt)最大，t2～t3的电流为负且减小，即顺时针减小，线圈中的感大，所以自感电动势(E＝LΔiΔt应电动势阻碍电流的减小，电容器充电，因此上极板带正电，即P点为正极；在t4时刻，电流最大，电流的变化率为零，自感电动势为零。