2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十六章 光與電磁波 相對論簡介 第3講 電磁波學(xué)案

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1、 第3講　電磁波 板塊一　主干梳理·夯實基礎(chǔ) 【知識點(diǎn)1】　變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、接收及其傳播Ⅰ 1.麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。 2．電磁場：變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系成為一個完整的整體，這就是電磁場。 3．電磁波：電磁場(電磁能量)由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播形成電磁波。 (1)電磁波是橫波，在空間傳播不需要介質(zhì)。 (2)v＝λf對電磁波同樣適用。 (3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。 4．發(fā)射電磁波的條件 (1)要有足夠高的振蕩頻率； (2)必須是開放電路，使振蕩電路的電場和磁場

2、分散到盡可能大的空間。 5．調(diào)制：有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方法。 6．電磁波的傳播 (1)三種傳播方式：天波、地波、空間波。 (2)電磁波的波速：真空中電磁波的波速與光速相同，c＝3.0×108 m/s。 7．電磁波的接收 (1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相等時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這就是電諧振現(xiàn)象。 (2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫作調(diào)諧電路。 (3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩電流中還原出調(diào)制信號的過程叫作解調(diào)，解調(diào)是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)也叫作檢波。 8．電磁波的應(yīng)用 電視、雷達(dá)和移動電話。 【知識點(diǎn)2】　電磁波譜　Ⅰ

3、1．定義 按電磁波的波長從長到短排列順序是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線，形成電磁波譜。 2．電磁波譜的特性、應(yīng)用 【知識點(diǎn)3】　狹義相對論的基本假設(shè)'質(zhì)速關(guān)系 愛因斯坦質(zhì)能方程?、? 1.狹義相對論的兩個基本假設(shè) (1)狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。 (2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，光速與光源、觀測者間的相對運(yùn)動沒有關(guān)系。 2．相對論的質(zhì)速關(guān)系 (1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運(yùn)動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系： m＝。 (2)物體運(yùn)動時的質(zhì)量m總要大

4、于靜止時的質(zhì)量m0。 3．愛因斯坦質(zhì)能方程 用m表示物體的質(zhì)量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為：E＝mc2。 該式表明，物體的能量與質(zhì)量之間成簡單的正比關(guān)系。 板塊二　考點(diǎn)細(xì)研·悟法培優(yōu) 考點(diǎn)1電磁場和電磁波[深化理解] 1．感應(yīng)電場與靜電場的區(qū)別 變化的磁場產(chǎn)生的電場叫做感應(yīng)電場，也叫渦旋場，它和靜電場一樣，處于感應(yīng)電場中的電荷受力的作用，且F＝Eq。 感應(yīng)電場與靜電場的區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)： (1)靜電場的電場線是非閉合曲線，而感應(yīng)電場的電場線是閉合曲線。 (2)靜電場中有電勢的概念，而感應(yīng)電場中無電勢概念。 (3)在同一靜電場中，電荷運(yùn)動一周(曲線閉合)

5、，電場力做功一定為零；而在感應(yīng)電場中，電荷沿閉合曲線運(yùn)動一周，電場力做功不一定為零。 (4)靜電場的“源”起于“電荷”，而感應(yīng)電場的“源”起于變化的磁場。 2．電磁波的傳播及波長、頻率、波速 (1)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速)。 (2)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。 (3)三者關(guān)系v＝λf，f是電磁波的頻率，即為發(fā)射電磁波的LC振蕩電路的頻率f＝，改變L或C即可改變f，從而改變電磁波的波長λ。 3．對電磁波譜的四點(diǎn)說明 (1)波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性。其中波長較長

6、的無線電波和紅外線，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的X射線、γ射線，穿透能力較強(qiáng)。 (2)電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊。 (3)不同的電磁波，產(chǎn)生的機(jī)理不同，無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。 (4)電磁波的能量隨頻率的增大而增大。 例1　(多選)關(guān)于電磁場和電磁波，正確的說法是(　　) A．只有不均勻變化的磁場，才能在其周圍空間產(chǎn)生電場 B．電磁波的頻率等于激起電磁波的

7、振蕩電流的頻率 C．電磁波的傳播不需要介質(zhì) D．電磁波的傳播速度一定是3×108 m/s (1)怎樣才能產(chǎn)生電磁波？ 提示：只有周期性變化的電場激發(fā)出周期性變化的磁場，這個周期性變化的磁場又激發(fā)出周期性變化的電場，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向外傳播形成電磁波。 (2)電磁波的波速受哪些因素的影響？ 提示：波長、頻率，其中波長與介質(zhì)有關(guān)。 嘗試解答　選BC。 只有周期性變化的磁場，才能在其周圍產(chǎn)生同周期的變化的電場，從而形成周期性變化的電磁波，B正確。只要是變化的磁場，在其周圍就能產(chǎn)生電場，A錯誤。電磁波的傳播不需要介質(zhì)，C正確。電磁波的傳播速度只有在真空中才是3×

8、108 m/s，而在其他介質(zhì)中不是3×108 m/s，D錯誤。 　下列關(guān)于電磁波的說法正確的是(　　) A．均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場 B．電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同 C．只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波 D．電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播 答案　A 解析　均勻變化的磁場能在空間產(chǎn)生恒定的電場，A正確。電磁波的傳播速度取決于頻率和介質(zhì)，B錯誤。必須有周期性變化的電場和磁場才能產(chǎn)生電磁波，C錯誤。電磁波在同種均勻介質(zhì)中才能沿直線傳播。 考點(diǎn)2狹義相對論的簡單應(yīng)用[解題技巧] 1．速度變換公式u＝ 若u′＝v＝c時，u＝c，從而證明了光速是速度的極限，也反證了

9、光速不變原理。其中u表示物體相對參考系的速度，v表示兩參考系的相對速度。 2．相對論質(zhì)量m＝ 從上式可以看出，當(dāng)物體(一般是粒子)的速度很大時，其運(yùn)動時的質(zhì)量明顯大于靜止時的質(zhì)量。 3．質(zhì)能方程E＝mc2 含義：反映物體質(zhì)量和能量之間的關(guān)系。 由此會有兩種能量表達(dá)：靜止時的能量和運(yùn)動時的能量；兩能量之差就是物體的動能Ek，即Ek＝E－E0。 4．對“時間間隔的相對性”的理解：時間間隔的相對性公式：Δt＝中Δτ是相對事件發(fā)生地靜止的觀察者測量同一地點(diǎn)的兩個事件發(fā)生的時間間隔，而Δt則是相對于事件發(fā)生地以速度v運(yùn)動的觀察者測量同一地點(diǎn)的同樣兩個事件發(fā)生的時間間隔。也就是說：在相對運(yùn)動的

10、參考系中觀測，事件變化過程的時間間隔變大了，這叫作狹義相對論中的時間膨脹。(動鐘變慢) 5．對“長度的相對性”的理解：狹義相對論中的長度公式：l＝l0中，l0是相對于桿靜止的觀察者測出的桿的長度，而l可認(rèn)為是桿沿桿的長度方向以速度v運(yùn)動時，靜止的觀察者測量的長度，還可以認(rèn)為是桿不動，而觀察者沿桿的長度方向以速度v運(yùn)動時測出的桿的長度。 例2　(1)一列火車以速度v勻速行駛，車頭、車尾各有一盞燈，某時刻路基上的人看見兩燈同時亮了，那么車廂中的人看見的情況是什么呢？ (2)一張宣傳畫是邊長為5 m的正方形，一高速列車以2×108 m/s速度接近此宣傳畫，在司機(jī)看來，這張宣傳畫是什么樣子？

11、 (3)遠(yuǎn)方的一顆星以0.8c的速度離開地球，在地球上測得它輻射出來的閃光按5晝夜的周期變化，求在此星球上測其閃光周期為多大？ (1)相對長度公式l＝l0中l(wèi)和l0的物理意義是什么？ 提示：l表示沿著桿的長度方向與桿相對運(yùn)動的觀察者認(rèn)為的桿的長度，l0表示與桿相對靜止的觀察者認(rèn)為的桿的長度。 (2)相對時間間隔公式Δt＝中Δt和Δτ的物理意義是什么？ 提示：Δt表示以速度v高速運(yùn)動的慣性系中觀測的時間間隔，Δτ表示在與兩個事件相對靜止的慣性系中觀察的時間間隔。 嘗試解答　(1)車頭的燈先亮__(2)3.7×5_m2的畫__(3)3晝夜。 (1)由同時的相對性可知車頭的燈先亮。

12、(2)l＝l0＝5× m≈3.7 m，在垂直運(yùn)動方向上，長度沒有變化，所以看到的是一張面積為3.7×5 m2的宣傳畫。 (3)因為Δt＝，所以Δτ＝Δt·，Δt＝5晝夜，v＝0.8c，所以Δτ＝5×＝3晝夜。 　有兩只對準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)鐘，一只留在地面上，另一只放在高速飛行的飛船上，則下列說法正確的是(　　) A．飛船上的人看到自己的鐘比地面上的鐘走得慢 B．地面上的人看到自己的鐘比飛船上的鐘走得慢 C．地面上的人看到自己的鐘比飛船上的鐘走得快 D．因為是兩只對準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)鐘，所以兩鐘走時快慢相同 答案　C 解析　由“時間間隔的相對性”公式Δt＝可知，在相對運(yùn)動的參考系中觀測，事件變化過程的時間間隔變大了，所以地面上的人看到自己的鐘比飛船上的鐘走得快，C正確，A、B、D錯誤。 6