电磁振荡和电磁波
电磁振荡与电磁波
电磁振荡与电磁波电磁振荡和电磁波是电磁学中两个非常重要的概念。
电磁振荡指的是电场和磁场在空间中周期性地变化，而电磁波则是由电磁振荡产生的能量传播的方式。
在本文中，我们将深入探讨电磁振荡和电磁波的原理、特性和应用。
一、电磁振荡的原理电磁振荡是由充满空间的电场和磁场的相互作用产生的。
当一个物体具有电荷量时，它就产生了电场，而当电荷在物体上运动时，会产生磁场。
电场和磁场相互关联，当它们相互作用时，会产生一个闭合的能量传播系统，即电磁振荡。
电磁振荡的基础理论可以由麦克斯韦方程组来描述。
麦克斯韦方程组是描述电磁场相互作用的基本规律，包括麦克斯韦-安培定律、法拉第电磁感应定律、库仑定律和高斯定律。
这些方程描述了电场和磁场的生成和变化规律，从而揭示了电磁振荡的基本原理。
二、电磁波的特性电磁场振荡产生的能量传播方式称为电磁波。
电磁波具有一些特性，包括频率、波长、速度和极化等。
1. 频率：电磁波的频率指的是电场和磁场振荡的次数。
频率的单位是赫兹（Hz），1 Hz表示每秒振荡一次。
频率与波长有关，它们之间的关系可以由光速公式c = λν来表示，其中c是光速，λ是波长，ν是频率。
2. 波长：电磁波的波长是指在一个完整的振荡周期内电磁波传播的距离。
波长的单位可以是米（m），也可以是其他长度单位。
波长和频率之间满足反比关系，即波长越长，频率越低。
3. 速度：电磁波的传播速度是一个常数，即光速。
光速在真空中的数值约为3×10^8米每秒。
这意味着无论频率和波长如何变化，电磁波的传播速度始终是光速。
4. 极化：电磁波可以存在不同的极化方式，包括线偏振、圆偏振和无偏振。
线偏振的电磁波的电场振荡方向始终保持在同一平面上；圆偏振的电磁波的电场振荡方向在平面内旋转；无偏振的电磁波的电场振荡方向随机变化。
三、电磁波的应用电磁波的应用非常广泛，涉及到许多领域。
以下是一些典型的应用：1. 通信：无线通信技术是电磁波的主要应用之一。
电磁振荡与电磁波知识点总结
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。
物理学中的电磁振荡和电磁波
物理学中的电磁振荡和电磁波1. 电磁振荡1.1 振荡电路振荡电路是由电容、电感和电阻组成的电路，能够产生周期性的电磁场和电流。
振荡电路的基本原理是电容和电感之间的能量转换。
电容器储存电能，当电容器充电时，电场能量增加，磁场能量为零。
当电容器放电时，电场能量减少，磁场能量增加。
在电容器放电过程中，电感器阻碍电流变化，导致电流逐渐增大，磁场能量也随之增大。
当电容器完全放电时，电流达到最大值，磁场能量也达到最大值。
随后，电容器开始充电，磁场能量逐渐减少，电场能量增加。
这样，电场能量和磁场能量不断地相互转换，形成周期性的电磁场和电流。
1.2 振荡周期振荡周期是指振荡电路完成一个完整振荡所需的时间。
振荡周期的计算公式为：[ T = 2 ]其中，( T ) 表示振荡周期，( L ) 表示电感器的电感，( C ) 表示电容器的电容。
1.3 电磁波的产生电磁波是由振荡电路产生的。
当振荡电路中的电流和电磁场发生变化时，会在空间中传播电磁波。
电磁波的产生过程可以描述为：电场和磁场相互垂直，且相互依赖，形成一种能量传播的波动现象。
2. 电磁波2.1 电磁波的特性电磁波是由电场和磁场相互作用产生的，它们在空间中以波动的形式传播。
电磁波具有以下特性：•电磁波是一种横波，电场和磁场相互垂直，且与波的传播方向垂直。
•电磁波在真空中传播的速度为常数，即光速，约为( 3 10^8 ) 米/秒。
•电磁波的频率和波长相互依赖，它们之间的关系由光速决定。
•电磁波的能量与频率有关，能量随着频率的增加而增加。
2.2 电磁波的传播电磁波在空间中传播时，电场和磁场交替变化，形成波动现象。
电磁波的传播过程可以描述为：电场和磁场相互作用，使能量以波动的形式传播。
电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播。
在介质中传播时，电磁波的速度会受到介质的影响。
不同介质的折射率不同，导致电磁波在介质中的传播速度发生变化。
2.3 电磁波的谱电磁波谱是指电磁波按照频率或波长划分的谱系。
高二电磁振荡与电磁波知识点
高二电磁振荡与电磁波知识点电磁振荡是高中物理中重要的一个概念，它是指在电路中由于电场和磁场的相互作用产生的周期性变化。
而电磁波则是由电磁振荡产生的波动现象。
在高二时期，我们需要掌握电磁振荡与电磁波的基本知识，下面将详细介绍相关的知识点。
一、电磁振荡的基本概念和特征电磁振荡是指在电路中由于电容器和电感器的相互作用下，电场和磁场能量在电容器和电感器之间周期性地转化的过程。
电路中的电源提供能量，电容器和电感器则充当能量储存的元件。
当电容器上的电荷和电感器上的电流随时间变化时，电场和磁场也随之变化。
电磁振荡的特征有三个方面：频率、周期和角频率。
二、振荡电路的数学描述振荡电路可以通过微分方程进行数学描述。
以简单的LC电路为例，当电容器和电感器串联时，可以得到如下微分方程：L(d^2Q/dt^2) + (1/C)Q = 0其中，L为电感，C为电容，Q为电荷。
通过求解该微分方程可以得到电荷随时间的变化规律，从而了解电磁振荡的特性。
三、谐振现象在电磁振荡中，谐振是一种重要的现象。
谐振是指当外加频率等于电路的固有频率时，电路中电流和电压振幅达到最大的情况。
谐振可以分为串联谐振和并联谐振两种情况。
在谐振状态下，电路具有最大的能量传输效率。
四、电磁波的产生和传播电磁波是由振荡电荷和振荡电流产生的波动现象。
当电荷或电流发生周期性变化时，就会产生变化的电场和磁场。
这些电场和磁场按照一定的规律传播，形成电磁波。
电磁波的传播速度为光速，即3.0×10^8m/s。
五、电磁波的分类与特性根据频率不同，电磁波可以细分为射频波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同种类。
不同种类的电磁波在传播中具有不同的特性，如波长、频率、能量等。
其中，可见光是我们日常生活中所能感知到的一种电磁波。
六、电磁波的应用电磁波在生活中有很广泛的应用。
射频波在无线电通信和电视广播中起到重要作用；微波被应用于雷达、微波炉等设备；红外线被应用于红外线遥控、红外线加热等；可见光则是用于照明等方面；紫外线在杀菌消毒等领域有着广泛应用；X射线和γ射线则在医学影像学和辐射治疗中得到应用。
电磁振荡与电磁波的产生
电磁振荡与电磁波的产生电磁振荡和电磁波是电磁学领域中的重要概念，它们在现代科技和通信领域中扮演着重要的角色。
本文将详细介绍电磁振荡和电磁波的概念、产生机制以及应用。
一、电磁振荡的概念及产生机制电磁振荡指的是电荷在外加电场或磁场的作用下，受到力的驱使而发生的周期性振动。
它是电磁场与物质相互作用的基础。
电荷在受力作用下会发生加速度变化，而加速度变化就会伴随着辐射场的产生。
当电荷的振动频率与辐射场的频率一致时，电磁场就会发生共振现象，形成稳定的电磁振荡。
电磁振荡的产生机制可以通过电路中的LC振荡器来进行解释。
LC振荡器由电感和电容组成，当电容和电感达到一定的数值时，可以产生自身的振荡。
在振荡过程中，电荷会在电容器和电感之间周期性地流动，并辐射出电磁波。
二、电磁波的概念及产生机制电磁波是电磁振荡在空间中传播的结果，它是由电场和磁场相互耦合而形成的能量传播波动。
电磁波包含有电场和磁场的变化信息，可以在真空和介质中传播。
电磁波的产生机制可以用麦克斯韦方程组进行描述。
根据麦克斯韦方程组的推导可知，当电荷发生加速度变化时，就会激发电场和磁场的振荡，并形成电磁波。
这种电磁波的传播速度是一个恒定值，即光速。
三、电磁波的特性及应用1. 频率和波长：电磁波的频率与波长有着固定的关系，它们之间满足特定的物理常数。
不同频率的电磁波对应不同的波长，从无线电波到 gamma 射线，频率和波长的范围非常广泛。
2. 增强和衰减：电磁波的传播过程中，会与物质相互作用，引起能量的增强或衰减。
例如，无线电波在天线接收器处被增强，而在障碍物遇到较大时则会发生衰减。
3. 反射和折射：电磁波在介质之间传播时，会发生反射和折射现象。
反射是指电磁波遇到界面时，部分能量被反射回原来的介质；折射是指电磁波从一种介质传播到另一种介质时，改变传播方向和速度。
电磁波在科学研究和实际应用中有着广泛的应用。
它们被广泛运用在通信领域，包括无线电通信、微波通信和光纤通信等。
电磁振荡与电磁波
再接下去又周而复始地重复上述电磁振荡过程。
答：从上面的分析与解答可以看出，选项B所示的图像描 述了上述a板上电量随时间变化的情况。
均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场 产生稳定的磁场；
不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的 电场产生变化的磁场。
振荡的(即周期性变化的)磁场产生同频率的振荡电 场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场。
变化的电场和变化的磁场总是相互联系着、形成一 个不可分离的统一体,称为电磁场。
3、电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的 传播速度，即 C 3×108 m/S。
2、LC回路的固有周期和固有频率，与电容器带电量、 极板间电压及电路中电流都无关，只取决于线圈的自 感系数L及电容器的电容C。
周期的决定式：T 2π LC
频率的决定式：f
1 2π
LC
3、在LC回路中，流过振荡线圈的电流、线圈中的磁场、电容器 极板上的电量、电容器极板间的电场均按正弦或余弦规律变化。
A．在t1时刻，电路中的磁场能最小 B．从t1～t 2 时刻，电路中的电流值不断变小 C．从t 2 ～t 3时刻，电容器不断充电 D．在t 4 时刻，电容器的电场能最小
分析：在LC振荡电路中，电容器极板上的电量与两板间电压、电场强 度成正比，电量q多的时候，两板间电场的电场能也随之增多；电量q 少的时候，两板间电场弱，相应的电场能量也随之减少。忽略LC电路 振荡过程中线圈电阻发热以及向空间辐射电磁波，那么线圈中的磁场 能与电容器两极板之间的电场能互相转换过程中，总的电磁场能量应 保持不变。
13.3-4X-电磁振荡与电磁波解析
2 x2
2 y 2
2 z 2
E
2E
Байду номын сангаас
2E t 2
1 u2
2E t 2
类似推导可得
2H
1 u2
2H t 2
比较:机械平面简 谐波的波动方程
2 y x2
1 u2
2 y t 2
可见电磁场以波的形式传播，且波速 u 1/
真空中 u 1/ 00 2.998108 m/s c (真空中的光速)
极轴 传播方向 E
成正比。
P 4
1
LC
普通的LC电路的振荡频率很低，而且电磁场又被 封闭在电容器和线圈内部，所以辐射功率很小。
欲提高振荡频率，必须降低电路中的电容和电感:
P , , L,C
P , , L,C
1 . 开放的LC电路与振荡电偶极子
对于平行板电容器和长直载流螺线管
C S
d
C S ,C
d
S d
恒量
电磁振荡过程中，电场能量和磁场能量都随时间作 周期性变化，并且相互转换，总能量保持不变。
13.4 电磁波
一. 电磁波的产生和传播
静止的电荷不能发射电磁波
作匀速直线运动的电荷也不会发射电磁波
只有作加速运动的电荷才能辐射电磁波
理论分析表明（见后面的课件）:
LC电路辐射电磁波的功率P与振荡频率ω的四次方
8. 电磁波的能量密度：
定义为单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的
能量。
设 dA 为垂直于电磁波传播方向的小面元，
E
则dt 时间内穿过此面元的能量为
udt
dA
H
dW w dAudt S dW wu
电磁振荡与电磁波要点
一、振荡电路 无阻尼自由电磁振荡
1、LC振荡电路 L、C是储能元件,能 量转换是可逆的; L
C
A B
+
2、振荡的过程: K 电路中电荷、电流作周期性变化,相应 地电场、磁场能量亦作周期性变化,且不 断相互转化.电路中能量没有损耗。
二、无阻尼电磁振荡的振荡方程
只含L和C的电路是理想的无阻尼自由 振荡电路.振荡电路中,电荷和电流随时 间变化的规律方程称为振荡方程 di q dq t : L V A VB ( i ) dt C dt
由上面方程可求得电磁场在空间的分布. 2)电磁场在空间的分布
近场:电力线的形状随偶极子的振荡而改 变,由非闭合变为闭合曲线; 辐射场:波面趋于球面,电力线为闭合曲 线,电场方向沿子午线切线方向,磁力线是 一系列以偶极子轴线为轴的同心圆，电场 与磁场互相垂直,且都垂直于矢径. 电磁场表达式： p0 2 sin r E( r , t ) cos ( t v ) 4 r
17-2 电 磁 波
麦克斯韦认为：变化的电场和磁场会不断 地交替激发,并由近及远地传播出去.这种以 一定速度在空间传播的电磁场就是电磁波。 一、电磁波的产生与传播 1、LC振荡电路辐射电磁波的条件： 1)振荡频率必须足够高,因为辐射能量与 振荡频率的四次方成正比; 2)电路必须开放,电场能量和磁场能量不 能只局限在L和C中。 为满足上述条件,LC电路演变成振荡偶极子.
4 r 1 式中 v 为电磁波在介质中的传播速度 对于远离波源的一个小区域：
H( r , t )
p0 sin
2
r cos ( t v )
E E0 cos ( t H H0 cos ( t
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动能与势能相互转化，总能量守恒 振子的机械运动
四、阻尼振荡和无阻尼振荡：
1、无阻尼振荡
i
振荡电流的振幅保持
o
t 不变，即作等幅振荡。
2、阻尼振荡
i
o
t
振荡电流的振幅逐渐 变小，即作减幅振荡。
例题1：如图所示的LC振荡电路正处在振荡过
程中，某时刻L中的磁场和C中的电场如图所示，
可知( )
A、电容器中的电场强度正在增大
B、线圈中磁感强度正在增大
L
C
C、该时刻电容器带电量最多
D、该时刻振荡电流达最大值
答案：A
课堂练习： 1、 LC振荡电路中某时的状态如
图，试作出 q—t 和i—t 图线。
++ ++ -- --
q
q
t
t
作q－t图象时
要弄清是画哪个
i
i
极板；作 i－ t图 象时要先规定电
流的正方向。
t
t
2、在LC振荡电路中，在电容器充电完毕未开
加速：回复力使振子运动状态 变化，惯性维持振子运动状态不变。
减速：惯性维持振子运动状态 不变，回复力使振子运动状态改变。
弹簧劲度系数k（或单摆摆长L） 振子质量m（惯性） 位移x 速度V 势能Ep 动能Ek
振动的位移随时间作正弦规律变化
能量 转化
本质 区别
电场能与磁场能相互转化，总能量守恒 振荡电路中自由电子的电磁运动
UC＝UL＝εL
电容器 具有充放 电作用
+ + ++
+ +++
R
C L UL
UC
C
－－－ －
－－－－
εL
q=Qm i=0
放电
++ ++ ｑ
ｉ
-- --
ｉ
充
ｑ电
一个周 期 性
化变
放电
ｉｑ
q=0 i=Im
q=0 i=Im
ｑ
充 电
ｉ
-- -++ ++
q=Qm i=0
时间t
t=0
t=T/4
t=T/2 t=3T/4
始放电时，正确的说法是： A、电场能正向磁场能转化 B、磁场能正向电场能转化 C、电路里的电场最强 D、电路里的磁场最强
总结：
LC振荡电路产生振荡电流的物理原因是 电容器的充放电作用和线圈的自感 作用；
LC振荡电路产生振荡电流的物理实质是 电场能和磁场能的周期性转换。
在解决振荡电路问题时，电场能与磁场能的交 替转化是解决问题的线索和关键；与电场能和磁场 能相关的各量的变化规律是解决问题的依据；q—t 和I－t 图线及其相互转化是解决问题的直观手段。
t=T
电容器 带电量
电路中 电流
电场能
最大
零
a (A＋、B－)
零L
最大
(a→b)
最大 b 零
最大
(A－、B＋)
零
－+ －+ －+AAA
零
C
最大
(bC→a)
+－ +－ +－BBB
最大
零
S
最大
(A＋、B－)
E零
最大
磁场能
零
最大
零
最大
零
tt＝＝t＝3TTT0//42时4时时
三、电磁振荡的变化规律：
1、电磁振荡的特点：
电磁振荡和电磁波
第一节 电磁振荡
引入 概念 产生
总结
规律 种类 应用
1.电磁波与现代科技和人类生活的密切关 系。在信息技术高速发展的今天，电磁波对 我们来说越来越重要。
2.电磁波到底是什么？为什么它具有那么 大的威力？它又是怎样产生的呢？它有哪些 性质？是否具有波的共同特性？怎样利用它 来传递各种信号？……
2、电磁振荡的变化规律：
(1)总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量
(2)电场能与磁场能交替转化
放电
电场能
同
充电
步 电容器电压ｕ
变
化 电容器带电量ｑ
磁场能 同 步 变
电路中电流ｉ 化
步调相反
(3)变化规律的图象描述：
q
i
o
t
o
t
u o
t
电场能
o
t
磁场能 o
演示一
t
演示二
3、电磁振荡：
在振荡电路产生振荡电流的过程 中，电容器极板上的电荷、通过线圈 的电流，以及跟电荷和电流相联系的 电场和磁场都发生周期性的变化，这 种现象叫电磁振荡。
4、电磁振荡与简谐运动的类比
电磁振荡
简谐运动
过程 特点
对应 的物 理量
规律
充电：加在电容器两端的电压 产生充电电流；线圈的电感阻碍充电 电流的突变。
放电：线圈的电感维持放电电 流不变；电容器两端电压阻碍放电电 流。
电容C 电感L（相当于惯性） 电荷q 电流i 电场能E电场能 磁场能E磁场能
两极间电势差随时间作正弦规律变化
研究电磁波应从电磁振荡开始。
一、振荡电流与振荡电路：
1、振荡电流：
大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流
2、振荡电路：
能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路
3、理想的LC振荡电路：
(1)LC回路：由线圈L和电容C组成的最简单振荡电路。
(2)理想的LC振荡电路:只考虑电感、电容的作用，而忽 略能量损耗
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LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：
(1)、两个物理过程：
放电过程；电场能转化为磁场能，q↓→ i↑ 充电过程：磁场能转化为电场能，q↑ → i↓
(2)、两个特殊状态：
充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场 能最大，磁场能最小。
放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场 能最大，电场能最小。
二、电磁振荡的产生：
1、与电场能和磁场能有关的因素：
(1)与电场能有关的因素：
电场能
电场线密度 L 电场强度E
++++
CE
－－ －－
S
电容器极板间电压u
电容器带电量q
(2)与磁场能有关的因素：
磁场能 磁感线密度 磁感强度B 线圈中电流 i
2、电磁振荡的产生过程：
q ↓ → u↓ → i ↓
线圈 具有自 感作用