第四章 电磁振荡与电磁波 知识点清单 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册

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名称 第四章 电磁振荡与电磁波 知识点清单 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2023-08-30 06:39:21

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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
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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。