一酸舍、波及其分類
（1）波的描述
波或波動是擾動或物理信息在空間上傳播的一種物理現(xiàn)象审洞。擾動的形式是任意的。波的傳播速度總是有限的嘿期。除了電磁波和引力波能夠在真空中傳播外，大部分波只能在介質(zhì)中傳播埋合。
（2）波的分類
（A）按波振動的次數(shù)劃分
脈波：脈波的波源只對介質(zhì)作一短暫的擾動备徐。波通過介質(zhì)時，介質(zhì)中的質(zhì)點在短暫振動后甚颂，隨即靜止于原位臵蜜猾。
周期波：周期波的波源對介質(zhì)作連續(xù)有規(guī)律的振動秀菱。
（B）按波振動的方向（在均勻、無向性的介質(zhì)中傳播時）：屬于機(jī)械波下的基本分類蹭睡。
縱波：介質(zhì)的振動方向與波的傳播方向相同衍菱，如聲波、地震波中的S波等肩豁；
橫波：介質(zhì)的振動方向與波的傳播方向垂直脊串，如電磁波、地震波中的P波等清钥。
（C）按波傳遞時是否需要介質(zhì)
機(jī)械波：機(jī)械振動在介質(zhì)中的傳播洪规。機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在真空中根本不能傳播循捺。如水波斩例、聲波、地震波等从橘。
電磁波：電磁波是電磁場的一種運動形態(tài)念赶。
二、“糾纏不清”的電與磁
電與磁可說是一體兩面：變動的電（場）產(chǎn)生磁（場）恰力，變動的磁（場）產(chǎn)生電（場）叉谜。變化的電場與變化的磁場構(gòu)成了一個不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場踩萎！而變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波停局，所以，電磁波是電磁場的一種運動形態(tài)香府。
電磁波又稱電磁輻射董栽。
電磁波的本質(zhì)定義
電磁波（又稱電磁輻射），是由同向振蕩且相互垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動企孩，其傳播方向垂直于電場和磁場構(gòu)成的平面锭碳，有效的傳遞能量和動量。
電磁波的產(chǎn)生
電磁場變化時才會產(chǎn)生電磁波勿璃。
發(fā)射電磁波（電磁輻射）的條件
不需要條件擒抛。（1）從溫度的角度看：只要是本身溫度大于絕對零度的物體，都可以發(fā)射電磁輻射补疑，而世界上并不存在溫度等于或低于絕對零度的物體歧沪，一言以蔽之，世界萬物每時每刻都在發(fā)射電磁輻射（電磁波）莲组，且溫度越高诊胞，放出的電磁波波長就越短；（2）從能量的角度看：電磁波是能量的一種胁编，凡是能夠釋放出能量的物體厢钧，都會釋放電磁波。
“看不見”的電磁波
正如人們一直生活在空氣中卻看不見空氣一樣嬉橙，人們也看不見無處不在的電磁波（并非完全看不見早直，可見光還是能看見的）。因而市框，對人類而言霞扬，電磁波是“透明的”。
電磁波的能量傳遞
電磁波頻率低時枫振，主要借由有形的導(dǎo)電體才能傳遞喻圃。原因是在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢粪滤，其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去斧拍；電磁波頻率較高時即可以在自由空間內(nèi)傳遞，也可以束縛在有形的導(dǎo)電體內(nèi)傳遞杖小。在自由空間內(nèi)傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中肆汹，磁電互變甚快，能量不可能全部返回原振蕩電路予权，于是電能昂勉、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量扫腺，這就是一種輻射。舉例來說，太陽與地球之間的距離非常遙遠(yuǎn)逻恐，但在戶外時嘶居，我們?nèi)匀荒芨惺艿胶挽汴柟獾墓馀c熱，這就好比是“電磁輻射借由輻射現(xiàn)象傳遞能量”的原理一樣躁劣。
電磁波的幾個概念
頻率（f）
單位時間內(nèi)質(zhì)點振動的次數(shù)嗓袱。符號f，國際單位赫茲(Hz)习绢。
周期（T）
質(zhì)點完成一次全振動所用的時間渠抹。符號T，單位秒闪萄。從定義可見梧却，頻率與周期是天然的倒數(shù)關(guān)系，即f=1/T败去。
注意：頻率與周期由振源決定放航！
波長（λ）
在波動中，振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離（同相位且相鄰的兩個質(zhì)點間的距離）圆裕。單位米广鳍，符號λ荆几。振源振動一個周期，波向前傳遞一個波長赊时。
頻率（f）
單位時間內(nèi)波形成完整波的個數(shù)（波完成全振動的個數(shù)）吨铸。
頻移
電磁波在傳播的過程中頻率發(fā)生改變/偏移的現(xiàn)象，又叫多普勒效應(yīng)（相對移動的波源和接收者是有頻移的祖秒；固定的波源和固定的接收者诞吱，頻率是不發(fā)生改變的）
波速（v）
定義：單位時間內(nèi)波在傳輸介質(zhì)中向外傳播的距離。因經(jīng)過一個周期T竭缝，波向前走了一個波長λ房维，所以有【定義式】：v=s/t=λ/T=λf；
【決定式】：v=c/n（c：光速抬纸，n：傳輸介質(zhì)的折射率）咙俩，波速與介質(zhì)的折射率有關(guān)，所以由介質(zhì)本身決定湿故。
決定關(guān)系：
周期T暴浦、頻率f由波源決定；波速由介質(zhì)本身決定晓锻；波長λ由波速v和周期T共同決定歌焦。
Q1:電磁波的頻率或波長存在極限嗎？
【理論答案】：由波速的定義式和決定式可以得出砚哆，c/n=λf独撇。在確定的傳輸介質(zhì)上，等式左側(cè)是個常量躁锁，右側(cè)波長λ和頻率f成反比纷铣，且彼此都沒有額外限制，所以理論上頻率f的取值范圍為(0战转，+∞)搜立，同理波長λ也是(0，+∞)槐秧；
【普朗克長度答案】如果考慮普朗克長度的話啄踊，電磁波是存在極限波長的，也就對應(yīng)一個頻率上限刁标。如果考慮量子力學(xué)限制颠通，就存在普朗克長度。普朗克長度表示我們宇宙中最小的有意義的長度膀懈，大約是1.610^-35米顿锰。理論上光子（電磁波可以看成許許多多的光子，每個光子對應(yīng)于一個頻率，頻率越高硼控，光子的能量越強(qiáng)刘陶，單位時間內(nèi)電磁波攜帶的信息也越多，這也是5G網(wǎng)絡(luò)比4G網(wǎng)絡(luò)快的原因）的波長不能小于普朗克長度牢撼，那么對應(yīng)的頻率為：
ν=c/λ≈1.8810^43Hz匙隔；
此時光子的動質(zhì)量為：
△m=hν/c2≈1.4*10-4克；
這個質(zhì)量已經(jīng)比以發(fā)現(xiàn)的所有基本粒子質(zhì)量還高很多數(shù)量級浪默，甚至比一聊抵保灰塵的質(zhì)量還高缀匕，難以穩(wěn)定存在纳决。
在2016年，歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)制造出來750千兆電子伏特的超高能光子乡小，對應(yīng)頻率為1.8*10^26Hz阔加，與光子的理論極限還差了17個數(shù)量級；但是生成的超高能光子存在時間極短满钟，然后衰變?yōu)槠渌Ｗ印?/p>
綜上胜榔，理論上電磁波的頻率（或波長）的取值范圍是(0，+∞)湃番，考慮量子力學(xué)限制時夭织，它的上限量級為10^43Hz。
Q2：電磁波頻率的控制——如何控制電磁波的頻率（即如何發(fā)送指定頻率的電磁波）吠撮？
電感的感抗RL=2πfL尊惰，電容的容抗Rc＝1/2πfC。T=2π√(LC)
電磁波的頻率是由產(chǎn)生電磁波的振蕩電路所決定的泥兰。
以LC振蕩電路為例弄屡，這種電路產(chǎn)生的電磁波的周期是T=2π√(LC)，頻率f=1/T鞋诗。其中膀捷，L代表電感，單位：亨利（H）削彬，C代表電容全庸，單位：法拉（F），振蕩回路中的電感L融痛、電容C是直接影響頻率數(shù)值的物理量糕篇，改變L或改變C或同時改變LC都可以改變電磁波的頻率，從操作方便可靠的角度考慮酌心，多數(shù)是改變電容C來改變頻率的拌消。
控制電磁波的頻率屬于振蕩器的知識范圍。振蕩器是利用有源器件(晶體管等)，配合電感電容等調(diào)諧元件墩崩，產(chǎn)生固定頻率的電磁波氓英。振蕩電路中的電感電容決定了產(chǎn)生的電磁波的頻率，如果電感和電容的值可調(diào)鹦筹，則可通過其改變電磁波頻率铝阐。這個操作過程叫做調(diào)諧。
Q3：電磁波頻率是連續(xù)的铐拐，有確切的證實嗎徘键？
物理中電磁波的連續(xù)譜和數(shù)學(xué)中“連續(xù)性”的概念不一樣，是相對于只有幾條譜線的分立譜遍蟋。而電磁波頻率的測量吹害，由于實驗儀器的精度問題，有效數(shù)字是有限的虚青，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒到有理數(shù)與實數(shù)的程度它呀。
這個問題和以下問題類似：人的運動速度是有理數(shù)還是實數(shù)，頭發(fā)長度是有理數(shù)還是實數(shù)棒厘。一旦涉及到實際纵穿，由于探測精度的限制，無法精確給出結(jié)果奢人。
順便談?wù)勎覍?shù)學(xué)谓媒、物理的理解。數(shù)學(xué)是抽象的邏輯何乎，而物理則貼近現(xiàn)實句惯。通過數(shù)學(xué)的方法，可以總結(jié)實驗現(xiàn)象宪赶，提出物理理論宗弯；而物理理論是否有效又需要實驗檢驗。比如微積分的提出搂妻，就涉及到連續(xù)性的概念蒙保。而在物理的應(yīng)用中，寫成積分式的對象不一定是連續(xù)的欲主。那為什么還能用呢邓厕？我覺得最重要的原因就是，數(shù)學(xué)對于物理來說是有效的扁瓢，也就是能經(jīng)受實驗的檢驗详恼。
Q4：電磁波頻率與通信發(fā)展
電磁波頻率越高，通信速率越快引几，反之昧互，頻率越低，通信速率越慢。
電磁波譜
在空間傳播著的交變電磁場敞掘，即電磁波叽掘。它在真空中的傳播速度約為每秒30萬公里。電磁波包括的范圍很廣玖雁。實驗證明更扁，無線電波、光波（紅外線赫冬、可見光浓镜、紫外線）、X射線劲厌、γ射線都是電磁波膛薛。光波的頻率比無線電波的頻率要高很多，光波的波長比無線電波的波長短很多脊僚；而X射線和γ射線的頻率則更高相叁，波長則更短遵绰。為了對各種電磁波有個全面的了解辽幌，人們將這些電磁波按照它們的波長或頻率、波數(shù)椿访、能量的大小順序進(jìn)行排列乌企，這就是電磁波譜。（所以會存在幾種類型的電磁波譜３擅怠＜咏汀！）
電磁波的三種基本分類
（1）按波長的長短哭当、頻率以及波源的不同：系統(tǒng)劃分
電磁波譜可大致分為：工頻電磁波猪腕、無限電波、微波钦勘、光波（紅外線陋葡、可見光、紫外線）彻采、X射線腐缤、γ伽馬射線、α射線肛响、β射線岭粤，以無線電波的波長最長，宇宙射線的波長最短特笋。另外激光也屬于電磁波剃浇。
無線電波
波長從3000米到10^-3米，一般的電視廣播和無線電廣播、手機(jī)等的波段就是用這種波虎囚；
微波
波長從1米到0.1厘米臼寄，這些波多用在雷達(dá)或其它通訊系統(tǒng)；
紅外線
波長從10-3米到7.8×10-7米溜宽，紅外線的熱效應(yīng)特別顯著吉拳；
可見光
這是人們所能感光的極狹窄的一個波段∈嗜啵可見光的波長范圍很窄留攒，大約在（7.8～3.8）x10^-7米（即780納米～380納米）。
紫外線
波長比可見光短的光波稱為紫外線嫉嘀，它的波長從(380～10)×10^-9米炼邀，它有顯著的化學(xué)效應(yīng)和熒光效應(yīng)。這種波產(chǎn)生的原因和光波類似剪侮，常常在放電時發(fā)出拭宁。由于它的能量和一般化學(xué)反應(yīng)所牽涉的能量大小相當(dāng)，因此紫外光的化學(xué)效應(yīng)最強(qiáng)瓣俯；
紅外線和紫外線都是人類看不見的杰标，只能利用特殊的儀器來探測。無論是可見光彩匕、紅外線或紫外線腔剂，它們都是由原子或分子等微觀客體激發(fā)的。一方面由于超短波無線電技術(shù)的發(fā)展驼仪，無線電波的范圍不斷朝波長更短的方向發(fā)展掸犬；另一方面由于紅外技術(shù)的發(fā)展，紅外線的范圍不斷朝長波長的方向擴(kuò)展绪爸。日前超短波和紅外線的分界已不存在湾碎，其范圍有一定的重疊；
倫琴射線
又叫X射線奠货，由x光機(jī)產(chǎn)生的高能電磁波介褥。這部分電磁波譜，波長從（10～0.01）×10^-9米仇味。倫琴射線（X射線）是電原子的內(nèi)層電子由一個能態(tài)跳至另一個能態(tài)時或電子在原子核電場內(nèi)減速時所發(fā)出的呻顽；隨著X射線技術(shù)的發(fā)展，它的波長范圍也不斷朝著兩個方向擴(kuò)展丹墨。在長波段已與紫外線有所重疊廊遍，短波段已進(jìn)入γ射線領(lǐng)域。穿透力不及γ射線贩挣，但有危險喉前，應(yīng)該屏蔽（幾mm的鉛板）没酣。
γ射線（伽馬射線）
是波長從10-10～10-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內(nèi)發(fā)出來的卵迂，放射性物質(zhì)或原子核反應(yīng)中常有這種輻射伴隨著發(fā)出裕便。γ射線的穿透力很強(qiáng)，對生物的破壞力很大见咒。危險性大偿衰，必須屏蔽（幾cm的鉛板或幾米厚的混凝土墻）。
α射線
原子核射線之一改览，也稱為“甲種射線”下翎。是放射性物質(zhì)所放出的α粒子流。從α粒子的質(zhì)量和電荷的測定宝当，確定α粒子就是氦的原子核视事。
β射線
原子核射線之一，由放射性同位素（如32P庆揩、35S等）衰變時放出來帶負(fù)電荷的粒子俐东。在空氣中射程短，穿透力弱订晌。在生物體內(nèi)的電離作用較γ射線虏辫、x射線強(qiáng)。
激光：原子受激輻射的光腾仅。波長較長乒裆，能量較低套利。原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級推励，再從高能級回落到低能級的時候，所釋放的能量以光子的形式放出肉迫。被引誘（激發(fā)）出來的光子束（激光）验辞，其中的光子光學(xué)特性高度一致。這使得激光比起普通光源喊衫，激光的單色性好跌造，亮度高，方向性好族购。
受激吸收（簡稱吸收）：處于較低能級的粒子在受到外界的激發(fā)（即與其他的粒子發(fā)生了有能量交換的相互作用壳贪，如與光子發(fā)生非彈性碰撞），吸收了能量時寝杖，躍遷到與此能量相對應(yīng)的較高能級违施。這種躍遷稱為受激吸收。
自發(fā)輻射：粒子受到激發(fā)而進(jìn)入的激發(fā)態(tài)瑟幕，不是粒子的穩(wěn)定狀態(tài)磕蒲，如存在著可以接納粒子的較低能級留潦，即使沒有外界作用，粒子也有一定的概率辣往，自發(fā)地從高能級激發(fā)態(tài)（E2）向低能級基態(tài)（E1）躍遷兔院，同時輻射出能量為（E2-E1）的光子，站削。這種輻射過程稱為自發(fā)輻射坊萝。
受激輻射：即處于激發(fā)態(tài)的發(fā)光原子在外來輻射場的作用下，向低能態(tài)或基態(tài)躍遷時许起，輻射光子的現(xiàn)象屹堰。
Q：愛因斯坦1917提出受激輻射，激光器卻在1960年問世街氢，相隔43年扯键，為什么？
主要原因是珊肃，普通光源中粒子產(chǎn)生受激輻射的概率極小荣刑。當(dāng)頻率一定的光射入工作物質(zhì)時，受激輻射和受激吸收兩過程同時存在伦乔，受激輻射使光子數(shù)增加厉亏，受激吸收卻使光子數(shù)減小。物質(zhì)處于熱平衡態(tài)時烈和，粒子在各能級上的分布爱只，遵循平衡態(tài)下粒子的統(tǒng)計分布律。按統(tǒng)計分布規(guī)律招刹，處在較低能級E1的粒子數(shù)必大于處在較高能級E2的粒子數(shù)恬试。這樣光穿過工作物質(zhì)時，光的能量只會減弱不會加強(qiáng)疯暑。要想使受激輻射占優(yōu)勢训柴，必須使處在高能級E2的粒子數(shù)大于處在低能級E1的粒子數(shù)。這種分布正好與平衡態(tài)時的粒子分布相反妇拯，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布幻馁，簡稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。如何從技術(shù)上實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件越锈。
（2）按頻率分類（從低到高）：形成頻譜仗嗦。
（極低頻、超低頻甘凭、特低頻稀拐、甚低頻）、（低頻对蒲、中頻钩蚊、高頻）贡翘、（甚高頻、特高頻砰逻、超高頻鸣驱、極高頻）、（紅外線蝠咆、可見光踊东、紫外線）、（X射線刚操、γ射線闸翅、α射線、β射線）菊霜。
極低頻：3～30Hz坚冀，美軍及俄羅斯軍方用作核潛艇溝通。
超低頻：30～300Hz鉴逞，美國Saguine系統(tǒng)：76Hz记某；俄ZEVS系統(tǒng)：82Hz；工頻：50Hz～60Hz构捡，高壓電力設(shè)備液南。
特低頻：300～3000Hz，勘探地質(zhì)和地震用勾徽。
甚低頻：3kHz～30kHz滑凉，用于雪崩時的人命及財產(chǎn)搜索。
低頻：30kHz～300kHz喘帚，多用作衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（差分全球定位系統(tǒng)）畅姊、國際廣播及AM廣播等。
中頻：300kHz～3000kHz啥辨，多用作AM電臺涡匀。
高頻：3MHz～30MHz，多用作民用電臺廣播及短波廣播溉知。
甚高頻：30MHz～300MHz，調(diào)頻廣播腕够，電臺及電視臺廣播级乍、航空和航海的溝通頻道。
特高頻：300MHz～3000MHz帚湘，很適合移動通信玫荣。CDMA通信：825～880MHz；GSM移動通信基站：900～1800MHz大诸；家用微波爐：2450MHz捅厂；電視：471～566MHz贯卦、607～958MHz；無線網(wǎng)絡(luò)2.4GHz焙贷，藍(lán)牙：2.45GHz
超高頻：3GHz～30GHz撵割，IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)。無線網(wǎng)絡(luò)辙芍、CDMA啡彬、雷達(dá)、無線USB傳輸故硅；微博裝置
極高頻：30GHz～300GHz庶灿，主要應(yīng)用于氣象雷達(dá)，空間通信吃衅、射電天文等方面往踢。
注意：大氣層對于大部分的電磁波輻射來講都是不透明的，只有可見光波段和其它如無線電通訊波段等例外徘层。
紅外線：300GHz～400THz菲语，通訊、醫(yī)療惑灵、探測山上、軍事等應(yīng)用。
可見光：400THz～750THz
紫外線：750THz～1500THz英支，蜂蜜在內(nèi)的一些昆蟲可以看見紫外線波段佩憾，對于尋找花蜜有很大幫助；能殺菌干花、消毒妄帘、治療皮膚病和軟骨病等。
X射線：1.5PHz～500PHz池凄，可以使很多固體材料發(fā)生可見的熒光抡驼，使照相底片感光。
γ射線：300EHz～3000ETHz肿仑，可以殺死癌細(xì)胞致盟，用作醫(yī)療之用，“伽馬手術(shù)刀”尤慰。
α射線：未給出馏锡。
β射線：未給出。
聲波的劃分：
次聲波：頻率低于20Hz的聲波伟端；
可聽波：20Hz～20kHz的聲波（人耳能聽到的聲波）杯道；
超聲波：20kHz～1GHz的聲波；
特聲波/微波超聲：頻率高于1GHz的聲波
（3）按波長分類（從小到大）：
可見光的波長在780nm~380nm之間责蝠，波長更短的光依次為紫外線党巾、X射線萎庭、γ射線；γ射線指波長短于0.001nm的光子齿拂，其穿透力極強(qiáng)驳规，對人體細(xì)胞有著非常高的殺傷力。
什么是光创肥？
光是原子或分子內(nèi)的電子運動狀態(tài)改變時所發(fā)出的電磁波达舒。
光是一種肉眼可以看見（接受）的電磁波。在科學(xué)上的定義叹侄，光有時候是指所有的電磁波巩搏。光是由一種稱為光子的基本粒子組成。具有粒子性與波動性趾代，或稱為波粒二象性贯底。
光源
光源主要可以分為三類：
第一類是熱效應(yīng)產(chǎn)生的光。太陽光就是很好的例子撒强，因為周圍環(huán)境比太陽溫度低禽捆，為了達(dá)到熱平衡，太陽會一直以電磁波的形式釋放能量飘哨，直到周圍的溫度和它一樣胚想。
第二類是原子躍遷發(fā)光。熒光燈燈管內(nèi)壁涂抹的熒光物質(zhì)被電磁波能量激發(fā)而產(chǎn)生光芽隆。此外霓虹燈的原理也是一樣浊服。原子發(fā)光具有獨自的特征譜線。
第三類是物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子加速運動時所產(chǎn)生的光胚吁。譬如牙躺，同步加速器（synchrotron）工作時發(fā)出的同步輻射光，同時攜帶有強(qiáng)大的能量腕扶。另外孽拷，原子爐（核反應(yīng)堆）發(fā)出的淡藍(lán)色微光（切倫科夫輻射）也屬于這種。
