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新教材 人教版 高中物理
选择性必修第二册
第4章知识点清单
目录
第4章　电磁振荡与电磁波
第1节 电磁振荡
第2节 电磁场与电磁波
第3节 无线电波的发射和接收
第4节 电磁波谱
第4章　电磁振荡与电磁波
第1节 电磁振荡
一、电磁振荡的产生和能量变化
1. 振荡电流和振荡电路
(1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流。
(2)振荡电路：产生振荡电流的电路叫作振荡电路。由电感线圈L和电容C组成的电路是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。
2. LC振荡电路的振荡过程
(1)放电过程
　　电容器刚要放电时，电容器里的电场最强，电路里的能量全部储存在电容器的电场中；电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的电荷逐渐减少，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能；放电完毕时，放电电流达到最大值，电场能全部转化为磁场能。
(2)充电过程
　　电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流会保持原来的方向并逐渐减小，电容器将进行反方向充电，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，反方向充电完毕时，电流减小为零，电容器极板上的电荷最多，磁场能全部转化为电场能。
此后，这样充电和放电的过程反复进行下去。
导师点睛 (1)振荡电流是充、放电电流。
(2)振荡电流实际上就是交变电流，由于频率很高，习惯上称之为振荡电流。
3. 电磁振荡
　　电容器不断地充电和放电，电路中就出现了大小、方向都在变化的电流，即出现了振荡电流。在整个过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。
4. 电磁振荡中的能量变化
(1)电容器开始放电后，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能。
(2)电容器充电时，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能。
(3)在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。
(4)由于电路的电阻及电磁波辐射，振荡电路中的能量会逐渐减少，振荡电流的振幅也就逐渐减小。实际电路中由电源通过电子器件为LC电路补充能量，得到振幅不变的等幅振荡。
二、电磁振荡的周期和频率
1. 周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
2. 频率f：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。
3. LC振荡电路的周期(频率)公式
(1)周期公式：T=2π
(2)频率公式：f=
式中的周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。
三、电磁振荡的产生及物理量的变化
1. 电磁振荡过程分析：LC电路中电磁振荡规律可用图表示：(图中↑表示增大，↓表示减小)

2. LC电路中各量间的对应关系及其变化规律
电磁振荡中的电流i、极板间电压u、极板上的电荷量q、电场强度E、电场能EE、磁感应强度B、磁场能EB随时间变化的规律及各量之间的对应关系，如图所示。

四、LC振荡电路的周期和频率
1. 固有周期和固有频率
如果没有能量损耗，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。
2. 影响电磁振荡的周期和频率的因素
(1)LC振荡电路的周期T=2π和频率f=只与线圈的自感系数L和电容器的电容C有关，与其他因素无关。
(2)电容C与两极板正对面积S、板间距离d及两极板间电介质的相对介电常数εr有关，即根据C=判断；线圈的自感系数L与线圈的大小、形状、匝数，以及有无铁芯等因素有关。
3. LC回路中各物理量的周期
(1)电感线圈和电容器在LC振荡电路中是能量的转换器，L或C越大，能量转换时间越长，故周期也越长。
(2)回路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC振荡电路的振荡周期T=2π，在一个周期内，上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T=2π，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T'==π。
第2节 电磁场与电磁波
一、电磁场
1. 麦克斯韦电磁场理论
英国物理学家麦克斯韦在总结前人对电磁现象研究成果的基础上，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。
易混易错 恒定的磁场(电场)不产生电场(磁场)；均匀变化的磁场(电场)产生恒定的电场(磁场)；交变的磁场(电场)产生同频率的交变电场(磁场)。
2. 麦克斯韦对电磁波的预言
　　如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
二、电磁波
1. 电磁波是横波，在传播方向上的任一点电场强度E和磁感应强度B相互垂直且均与波的传播方向垂直。
2. 电磁波的传播不需要介质。在真空中，电磁波的传播速度跟光速c相同。
3. 电磁波具有波的共性，和机械波一样，能发生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量的一种形式。
4. 电磁波的传播速度v=λf，同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波
长发生改变；不同频率的电磁波在同一种介质中传播，波速不同。
5. 电场储存电场能，磁场储存磁场能，电磁场储存电磁能。电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。
三、电磁波的产生
1. 电磁场和电磁波的产生
如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场——变化的电场和磁场总是相互联系的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。电磁场由近及远地向周围传播，形成电磁波。
2. 对麦克斯韦电磁场理论的理解

恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场
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
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
3. 对电磁波的理解
(1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。在真空中，不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。
(2)不同频率的电磁波在同一种介质中传播的速度是不同的，频率越高，速度越小。
四、电磁波与机械波的比较
电磁波 机械波
研究对象 电磁现象 力学现象
周期性变化的物理量 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化 位移随时间和空间做周期性变化
传播 传播无须介质，在真空中波速总等于c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关
产生 由周期性变化的电流(电磁振荡)激发 由质点(波源)的振动产生
干涉 可以发生 可以发生
衍射 可以发生 可以发生
是否为横波 是横波 可以是横波，也可以是纵波
第3节 无线电波的发射和接收
一、无线电波的发射
1. 有效地发射电磁波的振荡电路必须具有的两个特点
(1)要有足够高的振荡频率：频率越高，发射电磁波的本领越大。
(2)采用开放电路：用开放电路可以使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。
2. 调制
(1)调制：在电磁波发射技术中，使载波(用来携带信号的高频电磁波)随各种信号而改变的技术。
(2)调制的分类
①调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方法；
②调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方法。
二、无线电波的接收
1. 接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流。因此，空中的导体可以用来接收电磁波，这就是接收天线。
2. 电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。
3. 调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。
易错警示 调谐和电谐振不同，电谐振是一种物理现象，而调谐是一个操作过程。
4. 解调：把声音或图像信号从接收到的高频电流中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫作解调。调幅波的解调也叫检波。
三、电视广播的发射和接收
1. 信号采集：电视广播信号是一种无线电信号。在现代电视发射系统中，首先通过摄像机的感光器件将景物的光信号转变为电信号。
2. 信号调制：为了使信号远距离传播，需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。
3. 信号传播：目前，高频电视信号的传播方式主要有三种：地面无线电传输、有线网络传输、卫星传输。不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。
4. 信号接收处理：在电视接收端，接收到高频电磁波信号以后，将图像信号经过解调处理，送到显示设备转变为图像信息，将伴音信号经解调后送到扬声器。
四、无线电波的发射、接收过程
1. 无线电波的发射和接收过程

2. “调幅”和“调频”都是调制过程
(1)使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫作调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。
(2)使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫作调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号采用调频波。
3. 解调是调制的逆过程
声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，要将这些低频信号加载到高频电磁波上才能向外发射。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制，而将声音、图像信号从高频电流中还原出来的过程就是解调。
第4节 电磁波谱
一、无线电波
1. 电磁波谱
　　电磁波的波长(频率)范围很广，按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱，叫作电磁波谱。
2. 无线电波
(1)定义：技术上把波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称作无线电波。
(2)按波长(频率)划分为若干波段，即长波、中波、中短波、短波、微波。
(3)无线电波被广泛应用于通信、广播及其他信号传输。
二、红外线
1. 红外线的产生
所有物体都在不停地辐射红外线。物体温度越高，辐射红外线的本领越强。红外辐射是热传递的方式之一。
2. 红外线的作用
(1)红外遥感：勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮等。
(2)红外遥控：家用电器配套的遥控器发出红外线脉冲信号，受控电器就会按指令改变工作状态。
(3)加热物体：红外线的显著作用就是热作用。
导师点睛 红外线的频率比可见光更接近固体物质分子的固有频率，因此更容易引起分子的共振，所以红外线的能量更容易转变为物体的内能。
三、可见光
1. 能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波称为可见光。可见光的波长为400~760 nm。
2. 不同颜色的可见光按波长由长到短排列为：红光、橙光、黄光、绿光、青光、蓝光、紫光。
四、紫外线
1. 波长范围：电磁波谱中紫光的外侧是紫外线，紫外线的波长比紫光还短，波长范
围为5~370 nm。
2. 应用
(1)适量的紫外线照射，能促进人体钙的吸收，改善身体健康状况。
(2)灭菌消毒。
(3)紫外线能使荧光物质发光，根据这一点可以设计防伪措施。
五、X射线和γ射线
1. X射线
(1)X射线的波长比紫外线还短，具有很强的穿透能力，可用于检查人体内部器官、检查金属构件内部的缺陷等。机场等地进行安全检查时，利用X射线探测箱内物品。
(2)X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变。
2. γ射线
γ射线是波长最短的电磁波，具有很高的能量。γ射线能破坏生命物质，在医学上可以用来治疗某些癌症；γ射线的穿透能力很强，可用于探测金属构件内部的缺陷。

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