【物理】2019届一轮复习人教版电磁波相对论简介学案 11页

第58讲　电磁波　相对论简介 考情剖析 考查内容 考纲要求 考查年份 考查详情 能力要求 狭义相对论的基本假设 狭义相对论时空观与经典时空观的区别、同时的相对性　长度的相对性　质能关系 Ⅰ ‎16年 T12B(1)—选择，长度的相对性 ‎17年 T12B(1)—选择，同时的相对性 ‎,理解 知识整合 一、麦克斯韦电磁场理论 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．麦克斯韦电磁场理论 ‎(1)变化的磁场(电场)能够在周围空间产生________；‎ ‎(2)均匀变化的磁场(电场)能够在周围空间产生稳定的________；‎ ‎(3)振荡的磁场(电场)能够在周围空间产生同________的振荡电场(磁场)．‎ ‎2．电磁场和电磁波：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场．________由近及远的传播就形成了电磁波．‎ ‎3．电磁波的特点 ‎(1)电磁波是________波．在传播方向的任一点E和B随时间作正弦规律变化，E与B彼此垂直且与传播方向垂直．‎ ‎(2)电磁波的传播速度v＝λf＝，在真空中的传播速度等于________速．‎ ‎(3)________预言了电磁波的存在．________证实了电磁波，测出了波长和频率，证实传播速度等于光速；验证电磁波能产生反射、折射、衍射和干涉．‎ ‎4．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解 二、电磁波的发射 ‎1．有效地向外发射电磁波的振荡电路应具备的特点 ‎(1)要有足够高的振荡________．理论的研究证明，振荡电路向外界辐射能量的本领与频率的四次方成正比；‎ ‎(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的________，才能有效地把电磁场的能量传播出来．‎ ‎2．发射电磁波的目的：传递信息(信号)‎ 把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫做调制．其中，使高频振荡的电磁波振幅随信号而改变叫做________；使高频振荡的电磁波频率随信号而改变叫做________．‎ 三、电磁波的传播 电磁波以横波形式传播，其传播不需要________，传播方式有天波、地波和空间波(又称直线波)．传播速度和频率、波长的关系为________．‎ 四、电磁波的接收 使接收电路产生电谐振的过程叫做____________．‎ 五、电磁波的传播及波长、频率、波速 ‎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，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小．‎ ‎3．v＝λf，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f＝，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ.‎ 六、电磁波与机械波的比较 名称项目 电磁波 机械波 研究对象 电磁现象 力学现象 产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生 波的特点 横波 纵波或横波 波速 在真空中等于光速(很大)‎ 在空气中不大 ‎(c＝3×108 m/s)‎ ‎(如声波波速一般为340 m/s)‎ 介质需要 不需要介质(在真空中仍可传播)‎ 必须有介质(真空中不能传播)‎ 能量传播 电磁能 机械能 七、电磁波谱 ‎1．无线电波、________、可见光、________、伦琴射线、γ射线合起来构成了范围广阔的电磁波谱，如图所示．‎ 说明：波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有____________．‎ ‎2．电磁波谱的特性、应用 电磁波谱 频率/Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律 无线电波 ‎<3×1011‎ ‎>10－3‎ 波动性强，‎ 易发生衍射 无线电技术 红外线 ‎1011～1015‎ ‎10－3～10－7‎ 红外线遥感 可见光 ‎1015‎ ‎10－7‎ 引起视觉 照明、摄影 紫外线 ‎1015～1017‎ ‎10－7～10－9‎ 化学效应、能杀菌 医用消毒、防伪 X射线 ‎1016～1019‎ ‎10－8～10－11‎ 贯穿性强 检查、医用透视 γ射线 ‎>1019‎ ‎<10－11‎ 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 ‎,衍射能力减弱 直线传播能力增强　　3.对电磁波谱的两点说明 ‎(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性．其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、γ射线等，穿透能力较强．‎ ‎(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线，X射线和γ射线都有重叠．‎ 八、经典时空观 ‎1．惯性参考系 凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系．‎ ‎2．伽利略相对性原理 对于所有的惯性系，力学规律都是相同的．‎ ‎3．经典时空观(绝对时空观)‎ 时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响．‎ ‎4．经典力学的几个基本结论 ‎(1)同时的绝对性；‎ ‎(2)时间间隔的绝对性；‎ ‎(3)空间距离的绝对性．‎ 九、狭义相对论的两个基本假设 ‎1．狭义相对论原理：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是________的．‎ ‎2．光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是________的．‎ 十、狭义相对论的时空观 ‎1．________的相对性；‎ ‎2．________的相对性．‎ ‎(1)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小．‎ ‎(2)在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．‎ ‎(3)长度的变短是相对的．如果两条平行的杆在沿自己的长度方向做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了．‎ ‎3．时间间隔的相对性 十一、质能方程 物体是具有能量的，并且物体的能量与其本身的质量有关，且关系为________，其中m是物体的质量，E是物体具有的能量．‎ 方法技巧 释难答疑的金钥匙 考点1　麦克斯韦电磁场理论的基本思想 ‎【典型例题1】　根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中不正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎ A．教室中开亮的日光灯周围空间必有磁场和电场 ‎ B．工作时打点计时器必有磁场和电场 ‎ C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场激发稳定的电场 ‎ D．电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直 考点2　电磁波的特点 ‎【典型例题2】　下列说法中正确的是(　　)‎ ‎ A．电磁波在真空中以光速c传播 ‎ B．在空气中传播的声波是横波 ‎ C．声波只能在空气中传播 ‎ D．光需要介质才能传播 考点3　电磁波谱 ‎【典型例题3】　电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了．下面正确的是(　　)‎ ‎ A．雷达是利用声波的反射来测定物体位置的 ‎ B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线 ‎ C．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应 ‎ D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X射线的穿透本领 考点4　狭义相对论 ‎【典型例题4】　用相对论的观点判断，下列说法不正确的是(　　)‎ ‎ A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变 ‎ B．在地面上的人看来，以6 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的 ‎ C．在地面上的人看来，以6 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些 ‎ D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计 ‎　1.(16年江苏高考)一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是(　　)‎ ‎ A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m ‎ B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m ‎ C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c ‎ D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c ‎　2.(17年江苏高考)(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有(　　)‎ ‎ A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快 ‎ B．飞船上的人观测到地球上的钟较慢 ‎ C．地球上的人观测到地球上的钟较快 ‎ D．地球上的人观测到飞船上的钟较慢 当堂检测　　1.(多选)下列说法正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎ A．麦克斯韦提出电磁场理论，并用实验证实了电磁波的存在 ‎ B．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场 ‎ C．随身携带的移动电话既有电磁波接收装置，同时又有电磁波发射装置 ‎ D．声音信号需要经过“调制”过程，加到高频的电磁波上才能发射出去 ‎2．现代生活中，人们已更多地与电磁波联系在一起，并且越来越依赖于电磁波，关于电磁场和电磁波，以下说法正确的是(　　)‎ ‎ A．把带电体和永磁体放在一起，即可以在其周围空间中产生电磁波 ‎ B．手机、电视、光纤通信都是通过电磁波来传递信息的 ‎ C．医院中用于检查病情的“B超”是利用了电磁波的反射原理 ‎ D．车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用红外线实现成像的 ‎3．(多选)以速度u高速远离地球的宇宙飞船发出频率为ν的单色光，已知真空中光速为c，则(　　)‎ 第3题图 ‎ A．该光相对飞船的速度等于c－u ‎ B．该光相对飞船的速度等于c ‎ C．地球上接受到该光的频率大于ν ‎ D．地球上接受到该光的频率小于ν ‎4．如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是(　　)‎ 第4题图 ‎ A．同时被照亮 B．A先被照亮 ‎ C．C先被照亮 D．无法判断 ‎5．(16年南京模拟)如图所示，宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以速度v(v接近光速c)远离地球，飞船发出频率为ν的单色光．地面上的人接收到光的频率________(选填“大于”、“等于”或“小于”)ν，看到宇宙飞船宽度________(选填“大于”、“等于”或“小于”)l.‎ 第5题图 第58讲　电磁波　相对论简介 知识整合 基础自测 一、1.(1)电场(磁场)　(2)电场(磁场)‎ ‎(3)频率 ‎2．电磁场　3.(1)横　(2)光　(3)麦克斯韦　赫兹 二、1.(1)频率　(2)空间　2.调幅　调频 三、介质　c＝λf 四、调谐 七、1.红外线　紫外线　重叠 九、1.相同　2.相同 十、1.同时　2.长度 十一、E＝mc2‎ 方法技巧 ‎·典型例题1· C　【解析】　教室中开亮的日光灯、工作时打点计时器用的振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确．‎ ‎·典型例题2·A　【解析】　电磁波在真空中的传播速度与光在真空中传播速度相等，都等于光速c，故A正确；在空气中传播的声波是纵波，故B 错误；声波不仅在空气中可以传播，在其他介质中也可以传播，故C 错误；光在真空中也可以传播，不需要介质，故D错误．‎ ‎·典型例题3·D　【解析】　雷达是利用微波的反射来测定物体位置的，A错误．遥控器采用的是红外线不是紫外线；故B错误；微波炉是利用了微波的频率与水的频率相接近，从而使水振动而发热的；故C错误；机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X射线的穿透本领；故D正确；故选D.‎ ‎·典型例题4·A　【解析】　由相对论知，时间和空间都是相对的，所以A项不正确．‎ ‎·变式训练1·B　【解析】　飞船上的观测者测得该飞船的长度是静止时的长度，等于30 m，故A错误；地球上的观测者测得该飞船的长度l＝l0＝24 m，所以B正确；根据狭义相对论的光速不变原理，飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于c，地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度也等于c，故C、D错误．‎ ‎·变式训练2·AC　【解析】　飞船相对于地球高速运动，所以地球上的人观察飞船的时间较慢，而地球相对于飞船高速运动，所以飞船上的人认为地球上的时钟较慢，所以A、C正确，B、D错误．‎ 当堂检测 ‎1．CD　【解析】　麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项A错误；变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场，选项B错误；移动电话能够收到信息，同时也能发出信息；故既有电磁波接收装置，同时又有电磁波发射装置；故C正确；声音信号需要经过“调制”过程，加到高频的电磁波上形成载波信号才能发射出去，故D正确；故选CD.‎ ‎2．B　【解析】　要产生电磁波，必须要有变化的磁场与变化的电场，即电磁场，电磁场在介质中传播产生电磁波，A错误；通过电磁波可以实现各种通信，B正确；“B超”是利用了超声波的反射原理，C错误；车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用X射线实现成像的，D错误．‎ ‎3．BD　【解析】　由光速不变原理可知，该光相对飞船的速度等于c，选项B正确，A错误；根据多普勒效应，因飞船远离地球，则地球上接受到该光的频率小于ν，选项C错误，D正确．故选BD.‎ ‎4．C　【解析】　由相对论知从B发出的光到C、A的光速相同．相对车内的观察者而言，A、B、C向左运动，所以C先被照亮，C对．‎ ‎5．小于　等于　【解析】　当远离地球时，由于多普勒效应，地面上的人接收到光的频率小于飞船发出光的频率. 在地面上看宇宙飞船，由于“尺缩效应” 沿运动方向的长度小，但垂直于运动方向的宽度不变，仍为l.‎