高考物理總復習 第58講 電磁波相對論簡介講義-人教版高三物理試題

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1、第58講　電磁波　相對論簡介 考情剖析 考查內(nèi)容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 狹義相對論的基本假設(shè) 狹義相對論時空觀與經(jīng)典時空觀的區(qū)別、同時的相對性　長度的相對性　質(zhì)能關(guān)系 Ⅰ 16年 T12B(1)—選擇，長度的相對性 17年 T12B(1)—選擇，同時的相對性 ,理解 知識整合 一、麥克斯韋電磁場理論 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．麥克斯韋電磁場理論 (1)變化的磁場(電場)能夠在周圍空間產(chǎn)生________； (2)均勻變化的磁場(電場)能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定

2、的________； (3)振蕩的磁場(電場)能夠在周圍空間產(chǎn)生同________的振蕩電場(磁場)． 2．電磁場和電磁波：變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即為電磁場．________由近及遠的傳播就形成了電磁波． 3．電磁波的特點 (1)電磁波是________波．在傳播方向的任一點E和B隨時間作正弦規(guī)律變化，E與B彼此垂直且與傳播方向垂直． (2)電磁波的傳播速度v＝λf＝，在真空中的傳播速度等于________速． (3)________預言了電磁波的存在．________證實了電磁波，測出了波長和頻率，證實傳播速度等于光速；驗證電磁波能產(chǎn)生反射、折

3、射、衍射和干涉． 4．對麥克斯韋電磁場理論的進一步理解 二、電磁波的發(fā)射 1．有效地向外發(fā)射電磁波的振蕩電路應具備的特點 (1)要有足夠高的振蕩________．理論的研究證明，振蕩電路向外界輻射能量的本領(lǐng)與頻率的四次方成正比； (2)振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的________，才能有效地把電磁場的能量傳播出來． 2．發(fā)射電磁波的目的：傳遞信息(信號) 把要傳遞的低頻率電信號“加”到高頻電磁波上，使電磁波隨各種信號而改變叫做調(diào)制．其中，使高頻振蕩的電磁波振幅隨信號而改變叫做________；使高頻振蕩的電磁波頻率隨信號而改變叫做________． 三、電磁波的

4、傳播 電磁波以橫波形式傳播，其傳播不需要________，傳播方式有天波、地波和空間波(又稱直線波)．傳播速度和頻率、波長的關(guān)系為________． 四、電磁波的接收 使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做____________． 五、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?。? 3．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. 六、電磁波與機械波的比

5、較 名稱項目 電磁波 機械波 研究對象 電磁現(xiàn)象 力學現(xiàn)象 產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生 波的特點 橫波 縱波或橫波 波速 在真空中等于光速(很大)(c＝3×108 m/s) 在空氣中不大(如聲波波速一般為340 m/s) 介質(zhì)需要 不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播) 必須有介質(zhì)(真空中不能傳播) 能量傳播 電磁能 機械能 七、電磁波譜 1．無線電波、________、可見光、________、倫琴射線、γ射線合起來構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜，如圖所示． 說明：波長從大到小排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線

6、、X射線、γ射線．各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個波段間都有____________． 2．電磁波譜的特性、應用 電磁波譜 頻率/Hz 真空中波長/m 特性 應用 遞變規(guī)律 無線電波 <3×1011 >10－3 波動性強， 易發(fā)生衍射 無線電技術(shù) 紅外線 1011～1015 10－3～10－7 紅外線遙感 可見光 1015 10－7 引起視覺 照明、攝影 紫外線 1015～1017 10－7～10－9 化學效應、能殺菌 醫(yī)用消毒、防偽 X射線 1016～1019 10

7、－8～10－11 貫穿性強 檢查、醫(yī)用透視 γ射線 >1019 <10－11 貫穿本領(lǐng)最強 工業(yè)探傷、醫(yī)用治療 ,衍射能力減弱 直線傳播能力增強　　3.對電磁波譜的兩點說明 (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． 八、經(jīng)典時空觀 1．慣性參考系 凡是牛頓定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系． 2．伽利略相對性原理 對于所有的慣性系，力

8、學規(guī)律都是相同的． 3．經(jīng)典時空觀(絕對時空觀) 時間和空間彼此獨立、互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)或運動的影響． 4．經(jīng)典力學的幾個基本結(jié)論 (1)同時的絕對性； (2)時間間隔的絕對性； (3)空間距離的絕對性． 九、狹義相對論的兩個基本假設(shè) 1．狹義相對論原理：在不同的慣性參考系中，一切物理定律都是________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________的． 十、狹義相對論的時空觀 1．________的相對性； 2．________的相對性． (1)一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小． (2)在垂直于運動方向上，

9、桿的長度沒有變化． (3)長度的變短是相對的．如果兩條平行的桿在沿自己的長度方向做相對運動，與它們一起運動的兩位觀察者都會認為對方的桿縮短了． 3．時間間隔的相對性 十一、質(zhì)能方程 物體是具有能量的，并且物體的能量與其本身的質(zhì)量有關(guān)，且關(guān)系為________，其中m是物體的質(zhì)量，E是物體具有的能量． 方法技巧 釋難答疑的金鑰匙 考點1　麥克斯韋電磁場理論的基本思想 【典型例題1】　根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，以下敘述中不正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．教室中開亮的日光燈周圍空間必有磁場和電場 B．工作

10、時打點計時器必有磁場和電場 C．穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場激發(fā)穩(wěn)定的電場 D．電磁波在傳播過程中，電場方向、磁場方向和傳播方向三者互相垂直 考點2　電磁波的特點 【典型例題2】　下列說法中正確的是(　　) A．電磁波在真空中以光速c傳播 B．在空氣中傳播的聲波是橫波 C．聲波只能在空氣中傳播 D．光需要介質(zhì)才能傳播 考點3　電磁波譜 【典型例題3】　電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應用了．下面正確的是(　　) A．雷達是利用聲波的反射來測定物體位置的 B．銀行的驗鈔機和家用電器的遙控器發(fā)出的光都是紫外線 C．微波爐能快速

11、加熱食物是利用紅外線具有顯著的熱效應 D．機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀是利用X射線的穿透本領(lǐng) 考點4　狹義相對論 【典型例題4】　用相對論的觀點判斷，下列說法不正確的是(　　) A．時間和空間都是絕對的，在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變 B．在地面上的人看來，以6 km/s的速度運動的飛船中的時鐘會變慢，但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準確的 C．在地面上的人看來，以6 km/s的速度運動的飛船在運動方向上會變窄，而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些 D．當物體運動的速度v?c時，“時間膨脹”和“長度收

12、縮”效果可忽略不計 　1.(16年江蘇高考)一艘太空飛船靜止時的長度為30 m，它以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是(　　) A．飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m B．地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m C．飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于c D．地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c 　2.(17年江蘇高考)(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有(　　) A．飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快 B．飛船上的人觀測到

13、地球上的鐘較慢 C．地球上的人觀測到地球上的鐘較快 D．地球上的人觀測到飛船上的鐘較慢 當堂檢測　　1.(多選)下列說法正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．麥克斯韋提出電磁場理論，并用實驗證實了電磁波的存在 B．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場 C．隨身攜帶的移動電話既有電磁波接收裝置，同時又有電磁波發(fā)射裝置 D．聲音信號需要經(jīng)過“調(diào)制”過程，加到高頻的電磁波上才能發(fā)射出去 2．現(xiàn)代生活中，人們已更多地與電磁波聯(lián)系在一起，并且越來越依賴于電磁波，關(guān)于電磁場和電磁波，以下說法正確的是(　　)

14、 A．把帶電體和永磁體放在一起，即可以在其周圍空間中產(chǎn)生電磁波 B．手機、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的 C．醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了電磁波的反射原理 D．車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用紅外線實現(xiàn)成像的 3．(多選)以速度u高速遠離地球的宇宙飛船發(fā)出頻率為ν的單色光，已知真空中光速為c，則(　　) 第3題圖 A．該光相對飛船的速度等于c－u B．該光相對飛船的速度等于c C．地球上接受到該光的頻率大于ν D．地球上接受到該光的頻率小于ν 4．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

15、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(　　) 第4題圖 A．同時被照亮 B．A先被照亮 C．C先被照亮 D．無法判斷 5．(16年南京模擬)如圖所示，寬度為l的宇宙飛船沿其長度方向以速度v(v接近光速c)遠離地球，飛船發(fā)出頻率為ν的單色光．地面上的人接收到光的頻率________(選填“大于”、“等于”或“小于”)ν，看到宇宙飛船寬度________(選填“大于”、“等于”或“小于”)l. 第5題圖 第58講　電磁波　相對論簡介 知識整合 基礎(chǔ)自測 一、1.(1)電場(磁場)　(2)電

16、場(磁場) (3)頻率 2．電磁場　3.(1)橫　(2)光　(3)麥克斯韋　赫茲 二、1.(1)頻率　(2)空間　2.調(diào)幅　調(diào)頻 三、介質(zhì)　c＝λf 四、調(diào)諧 七、1.紅外線　紫外線　重疊 九、1.相同　2.相同 十、1.同時　2.長度 十一、E＝mc2 方法技巧 ·典型例題1· C　【解析】　教室中開亮的日光燈、工作時打點計時器用的振蕩電流，在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場和電場，故選項A、B正確；穩(wěn)定的電場不會產(chǎn)生磁場，故選項C錯誤；電磁波是橫波，電場方向、磁場方向和傳播方向相互垂直，故選項D正確． ·典型例題2·A　【解析】　電磁波在真空中的傳播速度與光在真空中傳播速

17、度相等，都等于光速c，故A正確；在空氣中傳播的聲波是縱波，故B 錯誤；聲波不僅在空氣中可以傳播，在其他介質(zhì)中也可以傳播，故C 錯誤；光在真空中也可以傳播，不需要介質(zhì)，故D錯誤． ·典型例題3·D　【解析】　雷達是利用微波的反射來測定物體位置的，A錯誤．遙控器采用的是紅外線不是紫外線；故B錯誤；微波爐是利用了微波的頻率與水的頻率相接近，從而使水振動而發(fā)熱的；故C錯誤；機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀是利用X射線的穿透本領(lǐng)；故D正確；故選D. ·典型例題4·A　【解析】　由相對論知，時間和空間都是相對的，所以A項不正確． ·變式訓練1·B　【解析】　飛船上的觀測者測得該飛船的長度是靜止時

18、的長度，等于30 m，故A錯誤；地球上的觀測者測得該飛船的長度l＝l0＝24 m，所以B正確；根據(jù)狹義相對論的光速不變原理，飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度等于c，地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度也等于c，故C、D錯誤． ·變式訓練2·AC　【解析】　飛船相對于地球高速運動，所以地球上的人觀察飛船的時間較慢，而地球相對于飛船高速運動，所以飛船上的人認為地球上的時鐘較慢，所以A、C正確，B、D錯誤． 當堂檢測 1．CD　【解析】　麥克斯韋提出電磁場理論，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，選項A錯誤；變化的電場一定產(chǎn)生磁場，變化的磁場一定產(chǎn)生電場，選項B錯誤；移動電話能夠收到信息

19、，同時也能發(fā)出信息；故既有電磁波接收裝置，同時又有電磁波發(fā)射裝置；故C正確；聲音信號需要經(jīng)過“調(diào)制”過程，加到高頻的電磁波上形成載波信號才能發(fā)射出去，故D正確；故選CD. 2．B　【解析】　要產(chǎn)生電磁波，必須要有變化的磁場與變化的電場，即電磁場，電磁場在介質(zhì)中傳播產(chǎn)生電磁波，A錯誤；通過電磁波可以實現(xiàn)各種通信，B正確；“B超”是利用了超聲波的反射原理，C錯誤；車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用X射線實現(xiàn)成像的，D錯誤． 3．BD　【解析】　由光速不變原理可知，該光相對飛船的速度等于c，選項B正確，A錯誤；根據(jù)多普勒效應，因飛船遠離地球，則地球上接受到該光的頻率小于ν，選項C錯誤，D正確．故選BD. 4．C　【解析】　由相對論知從B發(fā)出的光到C、A的光速相同．相對車內(nèi)的觀察者而言，A、B、C向左運動，所以C先被照亮，C對． 5．小于　等于　【解析】　當遠離地球時，由于多普勒效應，地面上的人接收到光的頻率小于飛船發(fā)出光的頻率. 在地面上看宇宙飛船，由于“尺縮效應” 沿運動方向的長度小，但垂直于運動方向的寬度不變，仍為l.