高考物理 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课时5 电磁波与相对论（选修3-4）

基础课时基础课时5电磁波与相对论电磁波与相对论知识梳理知识梳理知识点一、电磁场、电磁波、电磁波谱知识点一、电磁场、电磁波、电磁波谱1.麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生变化的磁场能够在周围空间产生_，变化的电场能够在周围，变化的电场能够在周围空间产生空间产生_。2.电磁场电磁场变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。电磁场。电场电场磁场磁场3.电磁波电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁场在空间由近及远的传播，形成_。(2)电磁波的传播不需要电磁波的传播不需要_，可在真空中传播，在真空中不，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是同频率的电磁波传播速度是_的的(都等于光速都等于光速)。(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，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，波速越频率越高，波速越_。(4)vf，f是电磁波的频率。是电磁波的频率。4.电磁波的发射电磁波的发射(1)发射条件：发射条件：_电路和电路和_信号，所以要对传输信号信号，所以要对传输信号进行进行_ (包括调幅和调频包括调幅和调频)。(2)调制方式调制方式调幅：使高频电磁波的调幅：使高频电磁波的振幅振幅随信号的强弱而变。调幅广播随信号的强弱而变。调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段。一般使用中波和短波波段。电磁波电磁波介质介质相同相同小小开放开放高频振荡高频振荡调制调制调频：使高频电磁波的调频：使高频电磁波的_随信号的强弱而变。调频广播随信号的强弱而变。调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法调制。和电视广播都采用调频的方法调制。5.无线电波的接收无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率_时，时，激起的振荡电流激起的振荡电流_，这就是电谐振现象。，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做使接收电路产生电谐振的过程叫做_。能够调谐的接收。能够调谐的接收电路叫做电路叫做_电路。电路。(3)从经过调制的高频振荡中从经过调制的高频振荡中“检检”出调制信号的过程，叫做出调制信号的过程，叫做_。检波是。检波是_的逆过程，也叫做的逆过程，也叫做_。频率频率相等相等最强最强调谐调谐调谐调谐检波检波调制调制解调解调6.电磁波谱电磁波谱电磁波电磁波谱谱特性特性应用应用真空中波长真空中波长/m频率频率/Hz递变规律递变规律无线无线电波电波波动性强，波动性强，易发生衍射易发生衍射无线电技术无线电技术10331011波波长长减减小小频频率率增增大大 红外线红外线 热效应热效应红外线遥感红外线遥感10310710111015可见光可见光 引起视觉引起视觉照明、摄影照明、摄影1071015紫外线紫外线化学效应、化学效应、荧光效应、荧光效应、能杀菌能杀菌医用消毒、医用消毒、防伪防伪10710910151017X射线射线贯穿性强贯穿性强检查、医用检查、医用透视透视108101110161019射线射线贯穿本领最贯穿本领最强强工业探伤、工业探伤、医用治疗医用治疗1019知识点二、狭义相对论的基本假设质速关系、相对论质能知识点二、狭义相对论的基本假设质速关系、相对论质能关系式关系式1.狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是是_的。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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。2.相对论的质速关系相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而物体的质量随物体速度的增加而_，物体以速度，物体以速度v运动时运动时的质量的质量m与静止时的质量与静止时的质量m0之间有如下关系：之间有如下关系：m_相同相同相同相同增大增大(2)物体运动时的质量总要物体运动时的质量总要_静止时的质量静止时的质量m0。3.相对论质能关系相对论质能关系用用m表示物体的质量，表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：程为：E_。大于大于mc2思考思考下列说法是否正确，正确的画下列说法是否正确，正确的画“”，错误的画，错误的画“”。(1)电磁波的传播需要介质。电磁波的传播需要介质。()(2)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。()(3)电谐振就是电磁振荡中的电谐振就是电磁振荡中的“共振共振”。()(4)无线电波不能发生干涉和衍射现象。无线电波不能发生干涉和衍射现象。()(5)波长不同的电磁波在本质上完全相同。波长不同的电磁波在本质上完全相同。()(6)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)诊断自测诊断自测 1.下列关于电磁波的说法正确的是下列关于电磁波的说法正确的是_。A.电磁波必须依赖介质传播电磁波必须依赖介质传播B.电磁波可以发生衍射现象电磁波可以发生衍射现象C.电磁波不会发生偏振现象电磁波不会发生偏振现象D.电磁波无法携带信息传播电磁波无法携带信息传播解析解析电磁波的传播不需要介质，它能在真空中传播，故电磁波的传播不需要介质，它能在真空中传播，故A错错误；衍射是一切波都具有的现象，误；衍射是一切波都具有的现象，B正确；电磁波是横波，只正确；电磁波是横波，只要是横波就能发生偏振现象，要是横波就能发生偏振现象，C错误；电磁波是信息传递的一错误；电磁波是信息传递的一种载体，种载体，D错误。错误。答案答案B2.关于电磁波，下列说法正确的是关于电磁波，下列说法正确的是_。A.雷达是用雷达是用X光来测定物体位置的设备光来测定物体位置的设备B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C.用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光可见光D.均匀变化的电场可以产生恒定的磁场均匀变化的电场可以产生恒定的磁场解析解析雷达是利用微波来定位的，雷达是利用微波来定位的，A项错误；使电磁波随各种项错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，信号而改变的技术叫做调制，B项错误；紫外线检验钞票是利项错误；紫外线检验钞票是利用紫外线的荧光作用，用紫外线的荧光作用，C项错误；均匀变化的电场可以产生恒项错误；均匀变化的电场可以产生恒定的磁场，定的磁场，D项正确。项正确。答案答案D3.关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是_。A.稳定的电场产生稳定的磁场稳定的电场产生稳定的磁场B.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场均匀变化的电场C.变化的电场产生的磁场一定是变化的变化的电场产生的磁场一定是变化的D.振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的解析解析麦克斯韦的电磁场理论要点是：变化的磁场麦克斯韦的电磁场理论要点是：变化的磁场(电场电场)要在要在周围空间产生电场周围空间产生电场(磁场磁场)，若磁场，若磁场(电场电场)的变化是均匀的，产生的变化是均匀的，产生的电场的电场(磁场磁场)是稳定的，若磁场是稳定的，若磁场(电场电场)的变化是振荡的，产生的的变化是振荡的，产生的电场电场(磁场磁场)也是振荡的，选项也是振荡的，选项D正确。正确。答案答案D4.下列说法正确的是下列说法正确的是_。A.红外线、紫外线、伦琴射线和红外线、紫外线、伦琴射线和射线在真空中传播的速度均射线在真空中传播的速度均为为3.0108 m/sB.红外线应用在遥感技术中，是利用它穿透本领强的特性红外线应用在遥感技术中，是利用它穿透本领强的特性C.紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度D.日光灯是紫外线的荧光效应的应用日光灯是紫外线的荧光效应的应用解析解析所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速，故所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速，故A正正确；红外线应用在遥感技术中是利用它有较强的衍射能力，确；红外线应用在遥感技术中是利用它有较强的衍射能力，故故B错误；对同一介质紫外线比红外线的折射率大，故紫外错误；对同一介质紫外线比红外线的折射率大，故紫外线比红外线在水中的传播速度小，故线比红外线在水中的传播速度小，故C正确；日光灯应用了正确；日光灯应用了紫外线的荧光效应，故紫外线的荧光效应，故D正确。正确。答案答案ACD5.如图如图1所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和和C。假。假想有一列车沿想有一列车沿AC方向以接近光速的速度行驶，当铁塔方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B发出一发出一个闪光，列车上的观测者测得个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是两铁塔被照亮的顺序是_。图图1A.同时被照亮同时被照亮 B.A先被照亮先被照亮C.C先被照亮先被照亮 D. .无法判断无法判断解析解析列车上的观察者看到的是由列车上的观察者看到的是由B发出后经过发出后经过A和和C反射的反射的光，由于列车在这段时间内向光，由于列车在这段时间内向C运动靠近运动靠近C，而远离，而远离A，所以，所以C的反射光先到达列车上的观察者，看到的反射光先到达列车上的观察者，看到C先被照亮，故只有先被照亮，故只有C正确。正确。答案答案C考点一电磁波和电磁波谱考点一电磁波和电磁波谱电磁波与机械波的比较电磁波与机械波的比较 名称名称项目项目电磁波电磁波机械波机械波不同不同点点产生产生由周期性变化的电场、磁场产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点由质点(波源波源)的振动产生的振动产生本质本质是物质，是电磁现象，是电磁振荡的是物质，是电磁现象，是电磁振荡的传播传播不是物质，是机械振动在介质中不是物质，是机械振动在介质中的传播的传播传播机理传播机理电磁场交替感应电磁场交替感应质点间相互作用质点间相互作用传播介质传播介质不需要介质不需要介质(在真空中仍可传播在真空中仍可传播)必须有介质必须有介质(真空中不能传播真空中不能传播)波的种类波的种类横波横波既有横波也有纵波既有横波也有纵波速度特点速度特点由介质和频率决定，在真空中等于光由介质和频率决定，在真空中等于光速速(很大很大)(c3108 m/s)仅由介质决定仅由介质决定相同相同点点能量能量都携带能量并传播能量都携带能量并传播能量速度公式速度公式vf遵循规律遵循规律均可发生反射、折射、干涉、衍射等现象均可发生反射、折射、干涉、衍射等现象【例【例1】下列关于电磁波的说法，正确的是下列关于电磁波的说法，正确的是_。A.电磁波只能在真空中传播电磁波只能在真空中传播B.电场随时间变化时一定产生电磁波电场随时间变化时一定产生电磁波C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在解析解析电磁波是电磁场这种物质在空间的传播，它既可在真电磁波是电磁场这种物质在空间的传播，它既可在真空中传播，也可在介质中传播，空中传播，也可在介质中传播，A错误；当电场随时间均匀错误；当电场随时间均匀变化时产生稳定的磁场，稳定的磁场不能再产生电场，故也变化时产生稳定的磁场，稳定的磁场不能再产生电场，故也就不能形成电磁波，就不能形成电磁波，B错误；做变速运动的电荷产生变化的错误；做变速运动的电荷产生变化的磁场，变化的磁场在其周围空间产生变化的电场磁场，变化的磁场在其周围空间产生变化的电场电场、电场、磁场交替产生，向外传播的过程就形成了电磁波，磁场交替产生，向外传播的过程就形成了电磁波，C正确；正确；麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，了电磁波的存在，D错误。错误。C【变式训练】【变式训练】1.电磁波与机械波的区别电磁波与机械波的区别电磁波与声波比较，下列说法中正电磁波与声波比较，下列说法中正确的是确的是_。A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B.由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C.由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D.电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，与频率无关与频率无关答案答案ABC2.对电磁波谱的考查对电磁波谱的考查关于电磁波谱，下列说法中正确的是关于电磁波谱，下列说法中正确的是_。A.红外线比红光波长长，它的热作用很强红外线比红光波长长，它的热作用很强B.X射线就是伦琴射线射线就是伦琴射线C.阴极射线是一种频率极高的电磁波阴极射线是一种频率极高的电磁波D.紫外线的波长比伦琴射线的长，它的显著作用是荧光作用紫外线的波长比伦琴射线的长，它的显著作用是荧光作用解析解析在电磁波谱中，红外线的波长比可见光的长，而红光属在电磁波谱中，红外线的波长比可见光的长，而红光属于可见光，故选项于可见光，故选项A正确；阴极射线与电磁波有着本质的不同，正确；阴极射线与电磁波有着本质的不同，电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中可电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中可能会偏转，电磁波在真空中的速度是能会偏转，电磁波在真空中的速度是3108 m/s，而阴极射线，而阴极射线的速度总是小于的速度总是小于3108 m/s，阴极射线实际是高速电子流，故，阴极射线实际是高速电子流，故选项选项C错误；错误；X射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波，故选项产生的一种波长很短的电磁波，故选项B正确；紫外线的显著正确；紫外线的显著作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，且紫外作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，且紫外线的波长比伦琴射线的长，故选项线的波长比伦琴射线的长，故选项D正确。正确。答案答案ABD考点二狭义相对论的简单应用考点二狭义相对论的简单应用【例【例2】关于狭义相对论的说法，正确的是关于狭义相对论的说法，正确的是_。A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的相同的B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于等于c，与光源的运动无关，与光源的运动无关C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D.狭义相对论在任何情况下都适用狭义相对论在任何情况下都适用解析解析狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项都是相同的，选项A正确；狭义相对论认为在一切惯性参考系正确；狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于中，光在真空中的速度都等于c(光速不变原理光速不变原理)，与光源的运动，与光源的运动无关，选项无关，选项B正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项故选项C正确，正确，D错误。错误。ABC解析解析公式中的公式中的m0是物体的静止质量，在是物体的静止质量，在v远小于光速时，远小于光速时，经典力学依然成立，故经典力学依然成立，故A、B错误，错误，C、D正确。正确。答案答案CD1.电磁波包含了电磁波包含了射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是由长到短的排列顺序是_。A.无线电波、红外线、紫外线、无线电波、红外线、紫外线、射线射线B.红外线、无线电波、红外线、无线电波、射线、紫外线射线、紫外线C.射线、红外线、紫外线、无线电波射线、红外线、紫外线、无线电波D.紫外线、无线电波、紫外线、无线电波、射线、红外线射线、红外线解析解析电磁波的波长范围很广，按波长由长到短的顺序排列，电磁波的波长范围很广，按波长由长到短的顺序排列，其顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、其顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线和射射线。所以，选项线。所以，选项A正确。正确。答案答案A2.关于电磁波谱，下列说法正确的是关于电磁波谱，下列说法正确的是_。A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B.紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康改善身体健康C.X射线和射线和射线的波长比较短，穿透力比较强射线的波长比较短，穿透力比较强D.红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线线解析解析无线电波的波长长，易发生衍射现象，无线电波的波长长，易发生衍射现象，A正确；紫外线正确；紫外线的频率比可见光高，的频率比可见光高，B错误；错误；X射线和射线和射线的波长短，能量大，射线的波长短，能量大，穿透能力强，故穿透能力强，故C正确；任何物体都能辐射红外线，正确；任何物体都能辐射红外线，D错误。错误。答案答案AC3.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是_。A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院太阳光中的可见光和医院“B超超”中的超声波传播速度相同中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的中的X射线波长相同射线波长相同解析解析电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，选项选项A错误；太阳光中的可见光属于电磁波，而错误；太阳光中的可见光属于电磁波，而“B超超”中的超中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，选项声波属于机械波，它们的传播速度不同，选项C错误；遥控器错误；遥控器发出的红外线波长比发出的红外线波长比X射线波长大得多，选项射线波长大得多，选项D错误。错误。答案答案B4.间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离开，也瞒这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离开，也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于_。A.可见光波段可见光波段 B.红外波段红外波段 C.紫外波段紫外波段 D.X射线波段射线波段解析解析所有的物体都能发出红外线，热的物体的红外线辐射比所有的物体都能发出红外线，热的物体的红外线辐射比冷的物体强，间谍卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探冷的物体强，间谍卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射，这测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射，这是红外线摄影的基础。再者，红外线波长比其他波是红外线摄影的基础。再者，红外线波长比其他波(如可见光、如可见光、紫外线、紫外线、X射线射线)的长，有较好的穿透云雾的能力，选项的长，有较好的穿透云雾的能力，选项B正确。正确。答案答案B5.以下物理学知识的相关叙述中正确的是以下物理学知识的相关叙述中正确的是_。A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振的偏振B.变化的电场周围不一定产生变化的磁场变化的电场周围不一定产生变化的磁场C.测速仪通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理测速仪通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理D.狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关间的相对运动无关解析解析用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的薄膜干涉，选项了光的薄膜干涉，选项A错误；在均匀变化的电场周围产生错误；在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，选项恒定的磁场，选项B正确；测速仪通过发射超声波测量车速正确；测速仪通过发射超声波测量车速是利用了波的反射原理，选项是利用了波的反射原理，选项C错误；狭义相对论认为，在错误；狭义相对论认为，在任何惯性参考系中，真空中的光速均不变，选项任何惯性参考系中，真空中的光速均不变，选项D正确。正确。答案答案BD6.如图如图2所示，强强乘坐速度为所示，强强乘坐速度为0.9 c(c为光速为光速)的宇宙飞船追赶正前的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为_。图图2A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.1.0c解析解析根据光速不变原理可知：真空中的光速在不同的惯性根据光速不变原理可知：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故参考系中都是相同的，故D正确。正确。答案答案D小结巧记小结巧记1种理论种理论麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论2种假设种假设爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设1个区别个区别电磁波和机械波的区别电磁波和机械波的区别1个公式个公式vf