电磁波 — AP 物理 2
1. 电磁波的基本性质 ★★☆☆☆ ⏱ 2 min
电磁波（EM波）是由带电粒子加速产生的横波，由相互垂直、且都垂直于波传播方向的耦合振荡电场和磁场组成。与机械波不同，电磁波既可以在介质中传播，也可以在真空中传播。该知识点占AP物理2考试总分的约3-4%，会在选择题和自由作答题部分均出现。
2. 波速、波长关系与电磁波谱 ★★☆☆☆ ⏱ 5 min
所有电磁波在真空中都以恒定速度$c = 3.00 \times 10^8 \text{ m/s}$传播，与频率和波长无关。对于任何波，波速、频率和波长之间满足以下基本关系：
c = f \lambda
当电磁波在折射率为$n$的介质中传播时，波速变为$v = c/n$。频率由波源决定，保持不变，因此波长变为$\lambda_n = \lambda_0 /n$，其中$\lambda_0$是真空中的波长。所有电磁波的范围构成电磁波谱，按频率从低到高（波长从长到短）排序为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线。其中可见光只占约400 nm（紫光）到700 nm（红光）的范围。
Exam tip: 当电磁波从一种介质进入另一种介质时，频率由波源决定，始终不变，只有波速和波长会改变。这是AP选择题中最常考的概念考点之一。
3. 偏振与马吕斯定律 ★★★☆☆ ⏱ 5 min
电磁波是横波，即电场振荡方向垂直于传播方向。非偏振光中，电场在所有垂直于传播方向的平面内振荡。偏振光的电场振荡被限制在单一平面内。偏振片只透传平行于其透振方向的电场分量，吸收垂直分量。
当非偏振光通过单个偏振片时，无论偏振片取向如何，强度都会减半：$I_1 = I_0 / 2$。当强度为$I_1$的偏振光入射到第二个偏振片（检偏器）时，透射强度遵循马吕斯定律：
I_2 = I_1 \cos^2 \theta
其中$\theta$是入射光的偏振方向与检偏器透振方向的夹角。
Exam tip: 如果第一个偏振片入射的是非偏振光，一定要先将强度减半。马吕斯定律仅适用于已经偏振的入射光，这是AP考试中常见的错误。
4. 光子能量 ★★★☆☆ ⏱ 4 min
AP物理2将电磁波性质与量子行为联系起来：电磁辐射被量子化为离散的能量包，称为光子，每个光子的能量仅取决于电磁波的频率（或波长）。光子能量关系为：
E = hf = \frac{hc}{\lambda}
其中$h = 6.626 \times 10^{-34} J \cdot s$是普朗克常数。对于大多数涉及光子能量以电子伏特（eV）为单位的AP题目，$hc \approx 1240 eV \cdot nm$这个简化公式非常有用，当波长以纳米为单位给出时，它可以避免焦耳和电子伏特之间的单位转换。频率越高（波长越短）的电磁辐射，每个光子的能量越高。
Exam tip: 记住$hc \approx 1240 eV \cdot nm$这个简化公式——它能在考试中每个光子能量题目上为你节省1-2分钟的单位转换时间。
Common Pitfalls
Why: 学生记住了马吕斯定律，但忘记它仅适用于偏振入射光，不适用于非偏振光。
Why: 学生混淆了频率和波长对介质的依赖关系，搞错了哪个量由波源决定。
Why: 学生记住了简化值，但忘记它仅在波长单位为纳米时有效。
Why: 学生忘记波长和能量之间的反比关系。
Why: 学生把之前学的机械波性质套用到电磁波上。