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第 三 章 電磁波 相對論簡介,知識點1 變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場、 電磁波及其傳播 電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收 Ⅰ 【思維激活1】下列各圖所示的電場中,能產(chǎn)生電磁波的是( ),【解析】選D。選項A表示一個穩(wěn)定的電場,它不能產(chǎn)生磁場,也就不能產(chǎn)生電磁波。選項B、C表示的是隨時間均勻變化的電場,它們能在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,但不能再產(chǎn)生電場,因此B、C不能產(chǎn)生電磁波。選項D表示的是一種周期性的振蕩電場,在周圍空間會產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場,振蕩磁場又會在其周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場,形成不可分割的變化的電場和變化的磁場組成的統(tǒng)一體,向空間傳播時就形成了電磁波,選項D正確。,【知識梳理】 1.麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場產(chǎn)生_____,變化的電場 產(chǎn)生_____。 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 ___________,這就是電磁場。 3.電磁波：電磁場(電磁能量)由近及遠地向周圍傳播形成電磁波。 (1)電磁波是橫波,在空間傳播_______介質(zhì)。 (2)v=λf對電磁波_________。 (3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、_____和衍射等現(xiàn)象。,電場,磁場,完整的整體,不需要,同樣適用,干涉,4.發(fā)射電磁波的條件： (1)要有足夠高的_________; (2)電路必須_____,使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間。 5.調(diào)制：有_____和_____兩種方法。 6.電磁波的傳播： (1)三種傳播方式：天波、_____、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=__________m/s。,振蕩頻率,開放,調(diào)幅,調(diào)頻,地波,3.0×108,7.電磁波的接收： (1)當接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率_____ 時,激起的振蕩電流_____,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_____,能夠調(diào)諧的接 收電路叫作_____電路。 (3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號的過程叫作 _____,檢波是_____的逆過程,也叫作_____。,相等,最強,調(diào)諧,調(diào)諧,檢波,調(diào)制,解調(diào),知識點2 電磁波譜 Ⅰ 【思維激活2】理療醫(yī)用“神燈”照射傷口,可使傷口愈合得較好。這里的“神燈”是利用( ) A.紫外線具有很強的熒光作用 B.紫外線具有殺菌消毒作用 C.X射線的很強的貫穿力 D.紅外線具有顯著的熱效應 E.紅外線波長較長,易發(fā)生衍射,【解析】選D?！吧駸簟庇址Q紅外線燈,主要是用于促進局部血液循環(huán),它利用的是紅外線的熱效應,使人體局部受熱,血液循環(huán)加快,因此選擇D。,【知識梳理】 1.定義：按電磁波的波長從長到短分布是_________、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線,形成電磁波譜。,無線電波,2.電磁波譜的特性、應用：,熱效應,熒光效應,知識點3 狹義相對論的基本假設 質(zhì)速關系、質(zhì)能關系 相對論質(zhì)能關系式 Ⅰ 【思維激活3】如圖所示,考慮幾個問題：,(1)如圖所示,參考系O′相對于參考系O靜止時,人看到的光速應是 。 (2)參考系O′相對于參考系O以速度v向右運動,人看到的光速應是 。 (3)參考系O相對于參考系O′以速度v向左運動,人看到的光速應是 。,【解析】根據(jù)狹義相對論的光速不變原理：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、觀察者間的相對運動沒有關系。因此三種情況下,人觀察到的光速都是c。 答案：(1)c (2)c (3)c,【知識梳理】 1.狹義相對論的兩個基本假設： (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_______。 (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_______,光速與光源、觀測者間的相對運動沒有關系。,相同的,相同的,2.相對論的質(zhì)速關系： (1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大,物體以速度v運動 時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關系： m=________。 (2)物體運動時的質(zhì)量m總要_____靜止時的質(zhì)量m0。 3.相對論質(zhì)能關系：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=___。,大于,mc2,【微點撥】 1.麥克斯韋電磁場理論的幾點提醒： (1)恒定的電場不產(chǎn)生磁場。 (2)恒定的磁場不產(chǎn)生電場。 (3)均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場。 (4)均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場。 (5)振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場。 (6)振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場。,2.狹義相對論的兩個基本假設的兩點說明： (1)“物理規(guī)律相同”指的是在一切慣性參考系中物理定律的數(shù)學形式完全相同。 (2)由于狹義相對論的兩個基本原理只是由幾個有限的實驗來證明的,所以只能叫作假設。,考點1 電磁波和電磁波譜 1.電磁波的傳播及波長、頻率、波速： (1)電磁波本身是一種物質(zhì),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)。,深化 理解,(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。,2.電磁波與機械波的比較：,3.對電磁波譜的四點說明： (1)波長不同的電磁波,表現(xiàn)出不同的特性。其中波長較長的無線電波和紅外線等,易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象;波長較短的紫外線、X射線、γ射線等,穿透能力較強。 (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)生的機理不同,無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產(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。,【題組通關方案】 【典題1】(2013·四川高考)下列關于電磁波的說法,正確的 是( ) A.電磁波只能在真空中傳播 B.電場隨時間變化時一定產(chǎn)生電磁波 C.做變速運動的電荷會在空間產(chǎn)生電磁波 D.麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在,【典題解析】選C。電磁波可以在真空中傳播,也可以在介質(zhì)中傳播,故選項A錯誤;若電場隨時間均勻變化,則不能產(chǎn)生電磁波,故選項B錯誤;做變速運動的電荷會在空間激發(fā)非均勻變化的磁場,從而會在空間產(chǎn)生電磁波,故選項C正確;赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在,故選項D錯誤。,【典題2】(2013·浙江高考)關于生活中遇到的各種波,下列說法正確的是( ) A.電磁波可以傳遞信息,聲波不能傳遞信息 B.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波 C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同 D.遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同,【典題解析】選B。A項中電磁波可以傳遞信息,聲波也能傳遞信息,由此判斷A錯誤;B項中手機在通話時,涉及的波既有電磁波又有聲波,B項正確;C項中,太陽光中的可見光的傳播速度遠大于醫(yī)院“B超”中的超聲波的傳播速度,C項錯誤;D項中,遙控器發(fā)出的紅外線波長大于醫(yī)院“CT”中的X射線波長,故D項錯誤。,【加固訓練】 1.(2010·天津高考)下列關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,【解析】選A。不管磁場怎樣變化,只要是變化的磁場就可以在空間產(chǎn)生電場,所以均勻變化的磁場也能夠在空間產(chǎn)生電場,故A正確;電磁波的傳播速度與介質(zhì)和頻率有關,相同頻率的電磁波在不同的介質(zhì)中傳播速度不同,故B錯誤;恒定的電場(磁場)周圍不會產(chǎn)生磁場(電場),只有周期性變化的電場(磁場)才能產(chǎn)生電磁波,故C錯誤;電磁波只有在同種均勻介質(zhì)中才能沿直線傳播,若同一種介質(zhì)是不均勻的,電磁波在其中的折射率是不一樣的,在這樣的介質(zhì)中是沿曲線傳播的,故D錯誤。,2.根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的有( ) A.在恒定電場周圍一定產(chǎn)生磁場,恒定磁場周圍一定產(chǎn)生電場 B.在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場,變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場 C.均勻增大的電場周圍一定產(chǎn)生均勻增大的磁場 D.振蕩電場一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場,【解析】選D。變化的電場周圍才會產(chǎn)生磁場,恒定的電場周圍不會產(chǎn)生磁場,同理,恒定的磁場周圍也不會產(chǎn)生電場,所以選項A錯。隨時間做均勻變化的電場,其變化率是常量,故周圍產(chǎn)生的磁場是恒定的,同理,均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場也是恒定的,所以選項B、C錯誤。電場周期性變化,其周圍產(chǎn)生的磁場一定隨之周期性變化,且變化周期相同,所以選項D正確。,【學科素養(yǎng)升華】 關于電磁波的產(chǎn)生的三點說明 (1)能否產(chǎn)生電磁波,要看變化的電場和磁場是否能持續(xù)地再產(chǎn)生變化的磁場和電場,也就是說,所產(chǎn)生的磁場或電場必須是變化的,而不能是穩(wěn)定的。 (2)明確是怎樣變化的電場(磁場)產(chǎn)生怎樣變化的磁場(電場)。 (3)LC振蕩電路產(chǎn)生的振蕩電場和振蕩磁場都能產(chǎn)生電磁波。,考點2 狹義相對論的簡單應用 1.對“同時”的相對性的理解： (1)經(jīng)典的時空觀：在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件,在另一個慣性系中觀察也是同時的。 (2)相對論的時空觀：“同時”具有相對性,即在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件,在另一個慣性系中觀察就不一定是同時發(fā)生的。,深化 理解,2.對“長度的相對性”的理解： 狹義相對論中的長度公式：l= 中，l0是相對于桿靜止的觀察者測出的桿的長度，而l可認為桿沿桿的長度方向以速度v運動時，靜止的觀察者測量的長度，還可以認為是桿不動，而觀察者沿桿的長度方向以速度v運動時測出的桿的長度。,3.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運動的觀察者測量同一地點的同樣兩個事件發(fā)生的時間間隔。也就是說：在相對運動的參考系中觀測，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),4.對相對論速度變換公式的理解：速度變換公式 式中u是物體相對靜止參考系的速度,v是運動參考系相對靜 止參考系的速度,u′是物體相對運動參考系的速度(u′與v同向取正值,反之取負值)。,【題組通關方案】 【典題3】(2013·江蘇高考)如圖所示,兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行,相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們相距為L,則A測得兩飛船間的距離 (選填“大于” “等于”或“小于”)L。當B向A發(fā)出一光信號,A測得該信號的速度為 。,【典題解析】根據(jù)相對論原理,當物體運動速度接近光速時,空間距離會變短,A與B是相對靜止的,但相對于地球卻以接近光速的速度在飛行,故在地面上測得的距離會比較短,而在飛船上測得的距離會比較長。根據(jù)相對論的光速不變原理,A測得信號的速度為光速。 答案：大于 光速,【典題4】(2011·江蘇高考)如圖 所示,沿平直鐵路線有間距相等的 三座鐵塔A、B和C。假想有一列車 沿AC方向以接近光速行駛,當鐵塔 B發(fā)出一個閃光,列車上的觀測者 測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是( ) A.同時被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.無法判斷,【典題解析】選C。列車上的觀測者看到的是由B發(fā)出后經(jīng)過A和C反射的光,由于列車在這段時間內(nèi)向C運動靠近C,而遠離A,所以C的反射光先到達列車上的觀測者,看到C先被照亮,故C正確。,【加固訓練】 1.(2010·北京高考)屬于狹義相對論基本假設的是：在不同的慣性系中( ) A.真空中光速不變 B.時間間隔具有相對性 C.物體的質(zhì)量不變 D.物體的能量與質(zhì)量成正比 【解析】選A。狹義相對論基本假設：一是在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的;二是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,即光速不變原理,由此可知A屬于狹義相對論基本假設,故A正確,B、C、D均錯誤。,2.在狹義相對論中,下列說法中哪些是正確的( ) ①一切運動物體相對于觀察者的速度都不能大于真空中的光速;②質(zhì)量、長度、時間的測量結果都隨物體與觀察者的相對運動狀態(tài)而改變;③慣性系中的觀察者觀察一個與他做勻速相對運動的時鐘時,會看到這個時鐘比與他相對靜止的時鐘走得慢些。 A.只有①③是正確的 B.只有①②是正確的 C.①②③都是正確的 D.只有②③是正確的 【解析】選C。由愛因斯坦狹義相對論可知,①②③說法均對,故正確答案為C。,【學科素養(yǎng)升華】 “同時”的相對性問題 (1)令觀察者靜止,判斷被觀察者因相對運動而引起的位置變化。 (2)結合光速不變原理,分析光傳播到兩個事件所用的時間。 (3)光先傳播到的事件先發(fā)生,光后傳播到的事件后發(fā)生。,