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第 三 章 電磁波 相對(duì)論簡(jiǎn)介,知識(shí)點(diǎn)1 變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)、變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)、 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(chǎng)中,能產(chǎn)生電磁波的是( ),【解析】選D。選項(xiàng)A表示一個(gè)穩(wěn)定的電場(chǎng),它不能產(chǎn)生磁場(chǎng),也就不能產(chǎn)生電磁波。選項(xiàng)B、C表示的是隨時(shí)間均勻變化的電場(chǎng),它們能在周?chē)臻g產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),但不能再產(chǎn)生電場(chǎng),因此B、C不能產(chǎn)生電磁波。選項(xiàng)D表示的是一種周期性的振蕩電場(chǎng),在周?chē)臻g會(huì)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng),振蕩磁場(chǎng)又會(huì)在其周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng),形成不可分割的變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)組成的統(tǒng)一體,向空間傳播時(shí)就形成了電磁波,選項(xiàng)D正確。,【知識(shí)梳理】 1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生_____,變化的電場(chǎng) 產(chǎn)生_____。 2.電磁場(chǎng)：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系成為一個(gè) ___________,這就是電磁場(chǎng)。 3.電磁波：電磁場(chǎng)(電磁能量)由近及遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑バ纬呻姶挪ā?(1)電磁波是橫波,在空間傳播_______介質(zhì)。 (2)v=λf對(duì)電磁波_________。 (3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、_____和衍射等現(xiàn)象。,電場(chǎng),磁場(chǎng),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(chǎng)和磁場(chǎng)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(kāi)放,調(diào)幅,調(diào)頻,地波,3.0×108,7.電磁波的接收： (1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的無(wú)線電波的頻率_____ 時(shí),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(guò)程叫作_____,能夠調(diào)諧的接 收電路叫作_____電路。 (3)從經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻振蕩中“檢”出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程叫作 _____,檢波是_____的逆過(guò)程,也叫作_____。,相等,最強(qiáng),調(diào)諧,調(diào)諧,檢波,調(diào)制,解調(diào),知識(shí)點(diǎn)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(qiáng)的熒光作用 B.紫外線具有殺菌消毒作用 C.X射線的很強(qiáng)的貫穿力 D.紅外線具有顯著的熱效應(yīng) E.紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng),易發(fā)生衍射,【解析】選D?！吧駸簟庇址Q(chēng)紅外線燈,主要是用于促進(jìn)局部血液循環(huán),它利用的是紅外線的熱效應(yīng),使人體局部受熱,血液循環(huán)加快,因此選擇D。,【知識(shí)梳理】 1.定義：按電磁波的波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短分布是_________、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和γ射線,形成電磁波譜。,無(wú)線電波,2.電磁波譜的特性、應(yīng)用：,熱效應(yīng),熒光效應(yīng),知識(shí)點(diǎn)3 狹義相對(duì)論的基本假設(shè) 質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系 相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系式 Ⅰ 【思維激活3】如圖所示,考慮幾個(gè)問(wèn)題：,(1)如圖所示,參考系O′相對(duì)于參考系O靜止時(shí),人看到的光速應(yīng)是 。 (2)參考系O′相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng),人看到的光速應(yīng)是 。 (3)參考系O相對(duì)于參考系O′以速度v向左運(yùn)動(dòng),人看到的光速應(yīng)是 。,【解析】根據(jù)狹義相對(duì)論的光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的,光速與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)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(shí)梳理】 1.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)： (1)狹義相對(duì)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?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都 是_______,光速與光源、觀測(cè)者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系。,相同的,相同的,2.相對(duì)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(dòng) 時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系： m=________。 (2)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m總要_____靜止時(shí)的質(zhì)量m0。 3.相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系：用m表示物體的質(zhì)量,E表示它具有的能 量,則愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程為：E=___。,大于,mc2,【微點(diǎn)撥】 1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的幾點(diǎn)提醒： (1)恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)。 (2)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)。 (3)均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)。 (4)均勻變化的電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。 (5)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)。 (6)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)。,2.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)的兩點(diǎn)說(shuō)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(xué)形式完全相同。 (2)由于狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理只是由幾個(gè)有限的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明的,所以只能叫作假設(shè)。,考點(diǎn)1 電磁波和電磁波譜 1.電磁波的傳播及波長(zhǎng)、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(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(zhǎng)λ。,2.電磁波與機(jī)械波的比較：,3.對(duì)電磁波譜的四點(diǎn)說(shuō)明： (1)波長(zhǎng)不同的電磁波,表現(xiàn)出不同的特性。其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無(wú)線電波和紅外線等,易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象;波長(zhǎng)較短的紫外線、X射線、γ射線等,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(zhǎng)并沒(méi)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(wú)線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的;紅外線、可見(jiàn)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(guān)方案】 【典題1】(2013·四川高考)下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法,正確的 是( ) A.電磁波只能在真空中傳播 B.電場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)一定產(chǎn)生電磁波 C.做變速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)在空間產(chǎn)生電磁波 D.麥克斯韋第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(xiàng)A錯(cuò)誤;若電場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化,則不能產(chǎn)生電磁波,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;做變速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)在空間激發(fā)非均勻變化的磁場(chǎng),從而會(huì)在空間產(chǎn)生電磁波,故選項(xiàng)C正確;赫茲第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,【典題2】(2013·浙江高考)關(guān)于生活中遇到的各種波,下列說(shuō)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(jī)在通話時(shí)涉及的波既有電磁波又有聲波 C.太陽(yáng)光中的可見(jiàn)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(zhǎng)和醫(yī)院“CT”中的X射線波長(zhǎng)相同,【典題解析】選B。A項(xiàng)中電磁波可以傳遞信息,聲波也能傳遞信息,由此判斷A錯(cuò)誤;B項(xiàng)中手機(jī)在通話時(shí),涉及的波既有電磁波又有聲波,B項(xiàng)正確;C項(xiàng)中,太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光的傳播速度遠(yuǎn)大于醫(yī)院“B超”中的超聲波的傳播速度,C項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng)中,遙控器發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)大于醫(yī)院“CT”中的X射線波長(zhǎng),故D項(xiàng)錯(cuò)誤。,【加固訓(xùn)練】 1.(2010·天津高考)下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法正確的是( ) A.均勻變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng) B.電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同 C.只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng),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(chǎng)怎樣變化,只要是變化的磁場(chǎng)就可以在空間產(chǎn)生電場(chǎng),所以均勻變化的磁場(chǎng)也能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng),故A正確;電磁波的傳播速度與介質(zhì)和頻率有關(guān),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(cuò)誤;恒定的電場(chǎng)(磁場(chǎng))周?chē)粫?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng)),只有周期性變化的電場(chǎng)(磁場(chǎng))才能產(chǎn)生電磁波,故C錯(cuò)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(cuò)誤。,2.根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,下列說(shuō)法正確的有( ) A.在恒定電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生磁場(chǎng),恒定磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生電場(chǎng) B.在變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的電場(chǎng) C.均勻增大的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生均勻增大的磁場(chǎng) D.振蕩電場(chǎng)一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng),【解析】選D。變化的電場(chǎng)周?chē)艜?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),恒定的電場(chǎng)周?chē)粫?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),同理,恒定的磁場(chǎng)周?chē)膊粫?huì)產(chǎn)生電場(chǎng),所以選項(xiàng)A錯(cuò)。隨時(shí)間做均勻變化的電場(chǎng),其變化率是常量,故周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)是恒定的,同理,均勻變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生的電場(chǎng)也是恒定的,所以選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。電場(chǎng)周期性變化,其周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)一定隨之周期性變化,且變化周期相同,所以選項(xiàng)D正確。,【學(xué)科素養(yǎng)升華】 關(guān)于電磁波的產(chǎn)生的三點(diǎn)說(shuō)明 (1)能否產(chǎn)生電磁波,要看變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是否能持續(xù)地再產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng),也就是說(shuō),所產(chǎn)生的磁場(chǎng)或電場(chǎng)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(chǎng)(磁場(chǎng))產(chǎn)生怎樣變化的磁場(chǎng)(電場(chǎng))。 (3)LC振蕩電路產(chǎn)生的振蕩電場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)都能產(chǎn)生電磁波。,考點(diǎn)2 狹義相對(duì)論的簡(jiǎn)單應(yīng)用 1.對(duì)“同時(shí)”的相對(duì)性的理解： (1)經(jīng)典的時(shí)空觀：在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件,在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的。 (2)相對(duì)論的時(shí)空觀：“同時(shí)”具有相對(duì)性,即在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件,在另一個(gè)慣性系中觀察就不一定是同時(shí)發(fā)生的。,深化 理解,2.對(duì)“長(zhǎng)度的相對(duì)性”的理解： 狹義相對(duì)論中的長(zhǎng)度公式：l= 中，l0是相對(duì)于桿靜止的觀察者測(cè)出的桿的長(zhǎng)度，而l可認(rèn)為桿沿桿的長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜止的觀察者測(cè)量的長(zhǎng)度，還可以認(rèn)為是桿不動(dòng)，而觀察者沿桿的長(zhǎng)度方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)出的桿的長(zhǎng)度。,3.對(duì)“時(shí)間間隔的相對(duì)性”的理解： 時(shí)間間隔的相對(duì)性公式：Δt= 中Δτ是相對(duì)事件 發(fā)生地靜止的觀察者測(cè)量同一地點(diǎn)的兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間 隔，而Δt則是相對(duì)于事件發(fā)生地以速度v運(yùn)動(dòng)的觀察者測(cè)量同一地點(diǎn)的同樣兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔。也就是說(shuō)：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的參考系中觀測(cè)，事件變化過(guò)程的時(shí)間間隔變大了，這叫作狹義相對(duì)論中的時(shí)間膨脹。(動(dòng)鐘變慢),4.對(duì)相對(duì)論速度變換公式的理解：速度變換公式 式中u是物體相對(duì)靜止參考系的速度,v是運(yùn)動(dòng)參考系相對(duì)靜 止參考系的速度,u′是物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)參考系的速度(u′與v同向取正值,反之取負(fù)值)。,【題組通關(guān)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(duì)地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測(cè)得它們相距為L(zhǎng),則A測(cè)得兩飛船間的距離 (選填“大于” “等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號(hào),A測(cè)得該信號(hào)的速度為 。,【典題解析】根據(jù)相對(duì)論原理,當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí),空間距離會(huì)變短,A與B是相對(duì)靜止的,但相對(duì)于地球卻以接近光速的速度在飛行,故在地面上測(cè)得的距離會(huì)比較短,而在飛船上測(cè)得的距離會(huì)比較長(zhǎng)。根據(jù)相對(duì)論的光速不變?cè)?A測(cè)得信號(hào)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(chē) 沿AC方向以接近光速行駛,當(dāng)鐵塔 B發(fā)出一個(gè)閃光,列車(chē)上的觀測(cè)者 測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是( ) A.同時(shí)被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.無(wú)法判斷,【典題解析】選C。列車(chē)上的觀測(cè)者看到的是由B發(fā)出后經(jīng)過(guò)A和C反射的光,由于列車(chē)在這段時(shí)間內(nèi)向C運(yùn)動(dòng)靠近C,而遠(yuǎn)離A,所以C的反射光先到達(dá)列車(chē)上的觀測(cè)者,看到C先被照亮,故C正確。,【加固訓(xùn)練】 1.(2010·北京高考)屬于狹義相對(duì)論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系中( ) A.真空中光速不變 B.時(shí)間間隔具有相對(duì)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(duì)論基本假設(shè)：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?cè)?由此可知A屬于狹義相對(duì)論基本假設(shè),故A正確,B、C、D均錯(cuò)誤。,2.在狹義相對(duì)論中,下列說(shuō)法中哪些是正確的( ) ①一切運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于觀察者的速度都不能大于真空中的光速;②質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間的測(cè)量結(jié)果都隨物體與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變;③慣性系中的觀察者觀察一個(gè)與他做勻速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘時(shí),會(huì)看到這個(gè)時(shí)鐘比與他相對(duì)靜止的時(shí)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(ài)因斯坦狹義相對(duì)論可知,①②③說(shuō)法均對(duì),故正確答案為C。,【學(xué)科素養(yǎng)升華】 “同時(shí)”的相對(duì)性問(wèn)題 (1)令觀察者靜止,判斷被觀察者因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的位置變化。 (2)結(jié)合光速不變?cè)?分析光傳播到兩個(gè)事件所用的時(shí)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。,