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
第十二章 电磁波本章基本要求了解电磁波的性质。
§12－1 电磁振荡一．振荡电路1． 电磁振荡最简单的LC 回路（无阻尼自由振荡电路） K →B ，ε对C 充电，→Q 0K →A ，C 上的q ，电路中的I 都将作周期性振荡──电磁振荡。
理想情况：无阻尼自由电磁振荡。
2． 振荡过程分析如上图，m e W ,W ,Q ,I 都作周期性振荡。
3． 与弹簧振子类比（力、电对比） 类比：k m p e E W ,E W ,x q ↔↔↔二． 电磁振荡方程 1．力电对比法：电场能：Cq W e 22=, 弹性势能：221kx W p =A Q ,k C,x q −→←−→←−→←01磁场能：221LI W m =, 动能：221mv E k = ABKLCε0Q +0Q -LC00Q Q ,I ,t ===040==Q I ,T t 0Q -0Q +002Q Q ,I ,T t -===,20==Q I t00v I ,v I ,m L −→←−→←−→←与振动方程类比：→=+022x m kdtx d mk=ω, 解：)t cos(A x ϕω+= →=+022LCqdt q d LC1=ω, 解：)t cos(Q q ϕω+=0 2． 分析：22dtq d L )dt dq (dt d L dt dI L C q U C -=-=-==LCLC q dtq d 1022=−→−=+ω 3． 电磁振荡的周期和频率LCLC T πνπωπ2122===电流: )t sin(Q dt dq I ϕωω+-==0)t cos(I 20πϕω++= 00Q I ω=:电流振幅；I 位相超前2π4． 电磁场的能量电场能：)t (cos CQ C q W e ϕω+==22222磁场能： )t (sin C Q )t (sin LI LI W m ϕωϕω+=+==2202202222总能量：CQ W W W m e 220=+=电磁场能量守恒§12－2 电磁波一． 电磁波的产生与传播 1．波源：振荡偶极子要求：① 振荡 LC 回路② 开放 能向外辐射能量 ③ 频率高。
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波平均能量密度
w
1 2
e
E02
1 2
H02
E0 H 0 2u
能流密度（辐射强度） S uw u e E2 H 2 2
e E＝ H u 1/ e
S EH
坡印廷矢量
S 1 2 e
eE2 H2
＝
1 2
e E2
e
1 2
CU 2
1 2
LI2
const
将上式对t求导，得 CU
dU
LI
dI
0
dt
dt
q CU，I dq C dU dt dt
dI d 2U dt C dt 2 d 2U
IU LIC dt 2 0
d 2U dt 2
＋
1 LC
U
0
d 2Q dt 2
＋
1 LC
Q
0
【例】 在 LC 电路中，已知 L 260μ H,C 120pF， 初始时两极板间的电势差 U0 1V，且电流为零. 求：
H
2
1 2
HE
HE
HE
S
e3 P024 sin2 16 2r2
cos 2
t
r u
对简谐电磁波，平均辐射强度（波的强度）
S
uw
1 2
e
E0
2u
1 2
H02u
E0 H 0 2
辐射能量与频率的四次方成正比； 辐射能量与距离的平方成反比。
四，电磁波谱
（1）振荡频率；
1
2π LC
9.01105 Hz
（2）最大电流； 当 t 0 时
q0 Q0 cos CU0 i0 Q0 sin 0
0
Q0 CU0
I0 Q0 CU 0
C L
U
0
0.679
mA
§ 16-2 电磁波
电场发生变化
→产生变化的磁场
→ 产生新的变化电场
变化的电场与变化的磁场交替变化，由近及远传播出 去，这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过 程，就是电磁波。
产生电磁波的物理基础
变化的磁场l激E发 d涡l 旋－电dd场t （ 即S感B应t 电dS场）
变化的电场（位移电流）激发涡旋磁场
无线电波 3104 m ~ 0.1cm 紫外光 400nm ~ 5nm
红外线 6105 nm ~ 760nm x 射线 5nm ~ 0.04nm
可见光 760nm ~ 400nm 射线 0.04nm
对电容器反向充电，随着电流的减弱， 两极板上电荷逐渐增多，磁场能量又全 部转化为电场能量
电客器放电，电场能量又转化为磁场能量
2、几个基本概念
电磁振荡： 电荷和电流、电场和磁场随时间作周期性变化的 现象。
振荡电路： 产生电磁振荡的电路。
无阻尼自由振荡电路： 电路中没有任何能量耗散(转换为焦耳热、电磁 辐射等)，称为无阻尼自由振荡电路。
振荡方程： 振荡电路所遵循的欧姆定律。
3、电量
设某时刻电路中电流为i，则自感电动势
－L di q dt C
i dq dt
d 2q
1
dt 2 LC q
2 1
LC
d 2q dt 2
＋
2q＝0
q Q0 cos t
1 2 2 LC
T 1 2 LC
4、电流
把电量对时间求导
i
dq dt
Q0
sin
t
i
I0
sin
t
I0
cos
t
2
I0 Q0
说明 •电量与电流都作周期性变化，电流相位比电
量的相位超前
•LC振荡电路的频率由振荡电路本身的性质决定
•改变电感L或电容C就可以得到所需的频率
qi
电磁波谱
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
频率 Hz
长波无线电波
nm－纳米、微 毫米，10-9米
红外线 紫外线
760nm 可见光 400nm
短波无线电波
X射线
射线
波长 m 108
104
100 104 108 1012 1016
第十六章
§16-1 电磁振荡 §16-2 电磁波的基本性质
本章作业
1，4
§16-1 电磁振荡
1、LC振荡电路
充电： 电容器C两极板间的电压：U0=e 两极板上等量异号电荷：+Q0、-Q0；
放电： 电路无电流，电场能量集中在 电容器两极板间
线圈激起磁场，电路中电流逐渐增大，电 荷减小，放电终了，电容器电场能量全部 转化为磁场能量
H
S
3. 电场与磁场同相位，电场与磁场幅值成比例
E＝ He
e E＝ H
E＝uB
E
k H
三，电磁波的能量
以波的形式传播出去的电磁能量叫做辐射能。
能量密度
we
1e
2
E2
wm
1 2
H
2
w we wm
1 2
eE2 H2
w e E2 H 2 EH
u
H dl
l
Is
S
jc
dD dt
dS
一，电磁辐射
LC振荡电路辐射电磁波的条件:
•振荡频率足够高——辐射能量与频率的四次方成正比，因而
频率约高，辐射能量约高；
•电路开放——LC是集中性元件，电场能量集中在电容器中，
磁场能量集中在线圈中，为了把电磁能辐射出去，电路必须
是开放型的。
LC振荡电路就演变为振荡偶
极子
电源
不同时刻振荡电偶 振荡电偶极子附近的电磁场线 极子附近的电场线
p p0 cost
c
c
B
+
+
+
++
-
B
E
E
c
c
二，电磁波的基本性质
1. 电磁波的速度 u 1 e
真空中 c 1 e00 E
2. 电磁波是横波，电矢量、 磁矢量与传播速度垂直
•电阻为零，不因为产生的焦耳热而损失电磁能； •不存在电动势，没有其他的能量转化为电磁能； •电磁还不能以电磁波的形式辐射出去。
【例】已知LC电路中的电场能量与磁场能量之和为 一常量，试由此导出LC电路的振荡方程。
【解】电场能量
Ee
1 2
CU 2
磁场能量
E
Em
1 2
LI2
Ee Em
π
2
Q0 I0 O
﹡ 2π
π
(t )
5、电磁场能量
Ee
q2 2C
Q02 2C
cos2 (t
)
Em
1 2
Li 2
1 2
LI
2 0
sin2 (t
)
Q02 2C
sin2 (t
)
E
Ee
Em
1 2
LI
2 0
Q02 2C
电场能量与磁场能量互相转化，但总能量保持不变。 无阻尼自由电磁振荡是理想化的模型，它要求：