在前面我们学习过机械波，机械波是机械振动在介质中的传播形成的，而电磁波是利用电磁振荡产生的。

一、电磁振荡

图4-1 LC振荡电路

将线圈L、电容器C、检流计G、单刀双掷开关S和电池组ε组成如图4-1所示的电路。先把开关S扳到a点，与电池组接通给电容器充电；然后把开关扳到b点，让电容器通过线圈L放电，观察检流计指针的偏转情况。

实验表明：检流计指针左右摆动，这说明电路里产生了大小和方向都做周期性变化的电流。物理学上把大小和方向都随时间做周期性变化的电流，叫做振荡电流。能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。由线圈L和电容器C组成的是一种最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。

LC振荡电路是怎样产生振荡电流的呢？当开关刚扳到线圈一边的瞬间，被充电的电容器尚未放电，两板间的电压为最大值，电路中电流为零，电路中的能量全部以电场能的形式储存在电容器里，如图4-2（a）所示。

接着，电容器开始放电，由于线圈的自感作用，电路中的电流不能立刻达到最大值，而是逐渐增大。在这个过程中，线圈周围的磁场随着电流的增大而增强，同时，电容器极板上的正负电荷不断减少，因而，电场不断减弱，磁场不断增强，电场能不断转变成磁场能。电容器放电完毕的时刻，电流达到最大值，电场能全部转变成磁场能，如图4-2（b）所示。

图4-2 电磁振荡过程

电容器放完电后，电流开始减小，但由于线圈的自感作用，电流不会立刻减小到零，而是保持原来的方向继续流动，使电容器反向充电，在这个过程中，磁场减弱，电场增强。这样，电路中的磁场能又逐渐转变成电场能。电容器反向充电完毕时，电路中的电流为零，电容器两极间的电压达到最大值，磁场能全部转变成电场能，如图4-2（c）所示。

此后，电容器开始反向放电，产生跟以前相反的电流。电容器放电完毕的时刻，电流又达到最大值，电场能又全部转变成磁场能，如图4-2（d）所示。接着，又给电容器正向充电，充电完毕时刻，磁场能又全部转变成电场能，此时，电路回到如图4-2（a）的初始状态，电流完成一次全振荡。

上述过程将反复循环下去，从而，在电路中产生了大小和方向都作周期性变化的电流，同时，电场能和磁场能也发生周期性的的变化；另外，LC振荡电路中的其它各量（如：电容器极板上的电荷量、板间电场强度、线圈中的磁感应强度等）都在作周期性的变化，这种现象叫做电磁振荡。

二、自由振荡和阻尼振荡

实验中观察到的振荡电流会一直振荡下去吗？(www.daowen.com)

在振荡电路中，如果没有能量损失，振荡将永远进行下去，振荡电流的振幅也不会发生改变。物理上把振荡电流的振幅保持不变的电磁振荡叫自由振荡，也叫等幅振荡，如图4-3（a）所示。

图4-3 等幅振荡和减幅振荡

实际上，等幅振荡是一种理想状态，因为振荡过程中不可避免地会有能量损失。一方面，电路总会有一定的电阻，电流通过电阻时要发热，消耗了一部分电能，另一方面，在振荡的过程中，还有一部分能量以电磁波的形式辐射到周围的空气中，因此，振荡电流的振幅不断减小，如图4-3（b）所示，以至于最终停止振荡。

三、电磁振荡的固有周期和固有频率

在电磁振荡中，振荡电流完成一次全振荡所需的时间，叫做振荡电流的周期。用T表示。单位时间内振荡电流完成全振荡的次数叫做振荡电流的频率。用f表示。

由理论和实验都可得知：振荡电路的周期T和频率f跟电路的自感系数L和电容C的关系为

式中周期T、频率f、自感系数L和电容C在SI中的单位分别是s、Hz、H、F。

从公式（4-1）、（4-2）可以看出，周期T和频率f是由电路本身的性质决定的，分别叫做振荡电路的固有周期和固有频率。要改变电路的固有周期和固有频率，只要改变电容C或电感L就可以了。

习题4-1

1.简述LC振荡电路中电磁振荡的过程。

2.某LC振荡电路中的L=4μH，C=64pF，求该振荡电路的固有周期和固有频率。

3.一个LC振荡电路能够产生的频率为6.0×105 Hz到6.0×106 Hz的电磁振荡。已知线圈的自感系数L=3.0×10-4 H，求可变电容器的最大电容和最小电容。