高中物理-电磁波

高中物理选修3-4第4单元电磁波的重要知识点，希望对大家有帮助！

电磁波

• 电磁波的发现
  • 伟大的预言
    • 麦克斯韦电磁场理论
      • 英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁波现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论，可定性表述为：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
        • 恒定的电场不产生磁场
        • 恒定的磁场不产生电场
        • 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
        • 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场
        • 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
    • 麦克斯韦对电磁波的预言（电磁波的产生）
      • 如果在某区域中有周期性变化的电场，那么它在空间引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的变化的电场......于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成了电磁波
  • 电磁波
    • 电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波
    • 电磁波的速递等于光速，光的本质是电磁波
    • 特点
      • 电磁波是横波
      • 电磁波的传播不需要介质
        • 是一种具体的波，以场的形式存在
      • 电磁波具有波的特性
        • 能产生干涉、衍射等现象
        • 与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象
  • 赫兹的电火花
    • 赫兹通过实验证明了电磁波的存在
    • 其他实验成果
      • 观察到电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振现象
      • 通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
• 电磁振荡
  • 电磁振荡的产生
    • 振荡电流和振荡电路
      • 振荡电流
        • 大小和方向都做周期性迅速变化的电流
      • 振荡电路
        • 产生振荡电流的电路，最简单的振荡电路为LC振荡电路
    • 电磁振荡的过程
      • 电容器刚要开始放电的瞬间
        • 电路没有电流
        • 电容器两极板上的电荷最多
        • 电容器的电场最强
        • 电路里的能量全部都储存在电容器的电场中
      • 电容器立即开始放电
        • 放电电流不会，马上达到最大，由0逐渐增大
          • 线圈的自感作用
        • 电荷减少
      • 到放电完毕
        • 电容器极板没有电荷
        • 放电电流达到最大值
        • 电场逐渐减弱
        • 线圈的磁场逐渐增强
        • 电场能逐渐转化为磁场能
          • 放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能
          • 概要
      • 电容器放电完毕时
        • 电流会保持原来的方向继续流动，逐渐减少
      • 与原来的反方向充电
        • 电容器两极板带上相反的电荷，电荷逐渐增多
          • 到反方向充电完毕的瞬间，电流减小为0，电容器极板上的电荷量达到最大值
        • 线圈的磁场减弱
        • 电容器里的电场逐渐增强
        • 磁场能逐渐转化为电场能
          • 到反方向充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为电场能
          • 概要
      • 变化关系
        • 同步同变
          • 电容器中的
            • 电量q
            • 板间电压U
            • 电场强度E
            • 电场能E电
          • 振荡线圈上的
            • 振荡电流i
            • 磁感应强度B
            • 磁场能E磁
        • 同步异变
          • 电容器上的q、E、E电与线圈中的i、B、E磁
  • 电磁振荡的周期和频率
    • 周期T
      • 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间
    • 频率f
      • 1s内完成的周期性变化的次数
    • 
    • 
• 电磁波的发射和接收
  • 电磁波的发射
    • 有效地向外发射电磁波、振荡电路必须具备的
      • 要有足够高的振荡频率
        • 频率越高，发射电磁波的本领越大
      • 振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间
        • 采用开放电路
    • 电磁波的调制
      • 调制
        • 在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术
      • 分类
        • 调幅
          • 使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的技术
        • 调频
          • 使高频电磁波的频率随型号的强弱而改变的技术
  • 电磁波的接收
    • 接收原理
      • 电磁波在传播是如果遇到导体，会使导体中产生感应电流
      • 空中导体用来接收电磁波
    • 电谐振和调谐
      • 电谐振
        • 当接收电路中的固有频率跟接收的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强的现象
        • 相当于机械振动中的共振
      • 调谐
        • 使接收电路中产生电谐振的过程
    • 解调
      • 使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程
      • 调制的逆过程
      • 也叫检波
    • 无线电波
      • 波长大于1mm（频率低于300GHz）的电磁波
      • 按波长可以把无线电波分为若干波段，不同波段的无线电波的传播特点不同，发射、接收所用的设备和技术也不相同，用途也不同
• 电磁波与信息化社会
  • 电视
    • 能够传递活动的图像
    • 摄像管：摄取景物的图像将其转换为电信号
    • 调制和发射
    • 天线接收高频信号，调谐，解调
    • 显像管：还原出与摄像管荧光屏上相同的图像
  • 雷达
    • 用无线电波来测定物体位置的设备
    • 利用的是电磁波遇到障碍物发生反射的性质
    • 波长越短，传播的直线性越好，反射性越好
  • 移动电话
    • 功能
      • 每一部移动电话都是一个无线电台
        • 将用户的声音转变为高频电信号发射到空中
      • 相当于一台收音机
        • 捕捉空中的电磁波使用户接收到通话对方送来的信息
    • 特点
      • 体积小
      • 发射功率不大
      • 天线很简单，灵敏度不高
      • 因此，它与其他用户的通话要靠较大的固定无限电台转接
  • 因特网
    • 世界上最大的计算机互联网
• 电磁波谱
  • 把各种电磁波按波长或频率的大小顺序排列起来，就组成了电磁波谱
  • 按波长从长到短依次顺序为
    • 无线电波
      • 主要用于通信和广播
    • 红外线
      • 不能引起人类的视觉
      • 所有物体都发射红外线
      • 热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强
      • 主要用于加热、红外摄影
    • 可见光
      • 波长在760nm-370nm之间
      • 分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色
      • 不同颜色的光的波长不同
    • 紫外线
      • 波长在5nm-370nm之间
      • 不能引起人的视觉
      • 具有较高的能量
      • 可用于灭菌消毒，防伪措施
    • X射线
      • 伦琴射线
      • 能够透过物质
      • 用于检查人体内部器官
      • 工业上可用于，检查金属零件内部的缺陷
    • γ射线
      • 具有较高的能量，穿透能力强
      • 用于医学上的治疗
      • 工业上用于探测金属部件内部的缺陷
    • 特性
      • 共性
        • 在本质上都是电磁波，遵循相同的规律
        • 都遵循相同的公式，在真空中传播的速度都是光速
        • 传播都不需要介质
        • 都具有反射、折射、衍射、干涉的特性
      • 个性
        • 频率或波长不同
          • 波长越长，越容易发生干涉、衍射现象
          • 波长越短，穿透能力越强
        • 同频率的电磁波在不同介质传播速度不同
        • 不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小
        • 产生机理不同
        • 用途不同
  • 电磁波传递能量
    • 电磁波是一种物质
  • 太阳辐射
    • 不仅有可见光，还有无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线
    • 能量主要集中在可见光、红外线、紫外线三个区域