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第 三 章 电磁波 相对论简介,知识点1 变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、 电磁波及其传播 电磁波的产生、发射和接收 【思维激活1】下列各图所示的电场中,能产生电磁波的是( ),【解析】选D。选项A表示一个稳定的电场,它不能产生磁场,也就不能产生电磁波。选项B、C表示的是随时间均匀变化的电场,它们能在周围空间产生稳定的磁场,但不能再产生电场,因此B、C不能产生电磁波。选项D表示的是一种周期性的振荡电场,在周围空间会产生同频率的振荡磁场,振荡磁场又会在其周围空间产生同频率的振荡电场,形成不可分割的变化的电场和变化的磁场组成的统一体,向空间传播时就形成了电磁波,选项D正确。,【知识梳理】 1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生_,变化的电场 产生_。 2.电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个 _,这就是电磁场。 3.电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。 (1)电磁波是横波,在空间传播_介质。 (2)v=f对电磁波_。 (3)电磁波能产生反射、折射、_和衍射等现象。,电场,磁场,完整的整体,不需要,同样适用,干涉,4.发射电磁波的条件： (1)要有足够高的_; (2)电路必须_,使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。 5.调制：有_和_两种方法。 6.电磁波的传播： (1)三种传播方式：天波、_、空间波。 (2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同, c=_m/s。,振荡频率,开放,调幅,调频,地波,3.0108,7.电磁波的接收： (1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率_ 时,激起的振荡电流_,这就是电谐振现象。 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫作_,能够调谐的接 收电路叫作_电路。 (3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫作 _,检波是_的逆过程,也叫作_。,相等,最强,调谐,调谐,检波,调制,解调,知识点2 电磁波谱 【思维激活2】理疗医用“神灯”照射伤口,可使伤口愈合得较好。这里的“神灯”是利用( ) A.紫外线具有很强的荧光作用 B.紫外线具有杀菌消毒作用 C.X射线的很强的贯穿力 D.红外线具有显著的热效应 E.红外线波长较长,易发生衍射,【解析】选D。“神灯”又称红外线灯,主要是用于促进局部血液循环,它利用的是红外线的热效应,使人体局部受热,血液循环加快,因此选择D。,【知识梳理】 1.定义：按电磁波的波长从长到短分布是_、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线,形成电磁波谱。,无线电波,2.电磁波谱的特性、应用：,热效应,荧光效应,知识点3 狭义相对论的基本假设 质速关系、质能关系 相对论质能关系式 【思维激活3】如图所示,考虑几个问题：,(1)如图所示,参考系O相对于参考系O静止时,人看到的光速应是 。 (2)参考系O相对于参考系O以速度v向右运动,人看到的光速应是 。 (3)参考系O相对于参考系O以速度v向左运动,人看到的光速应是 。,【解析】根据狭义相对论的光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。因此三种情况下,人观察到的光速都是c。 答案：(1)c (2)c (3)c,【知识梳理】 1.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 都是_。 (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_,光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。,相同的,相同的,2.相对论的质速关系： (1)物体的质量随物体速度的增加而增大,物体以速度v运动 时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系： m=_。 (2)物体运动时的质量m总要_静止时的质量m0。 3.相对论质能关系：用m表示物体的质量,E表示它具有的能 量,则爱因斯坦质能方程为：E=_。,大于,mc2,【微点拨】 1.麦克斯韦电磁场理论的几点提醒： (1)恒定的电场不产生磁场。 (2)恒定的磁场不产生电场。 (3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。 (4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 (5)振荡电场产生同频率的振荡磁场。 (6)振荡磁场产生同频率的振荡电场。,2.狭义相对论的两个基本假设的两点说明： (1)“物理规律相同”指的是在一切惯性参考系中物理定律的数学形式完全相同。 (2)由于狭义相对论的两个基本原理只是由几个有限的实验来证明的,所以只能叫作假设。,考点1 电磁波和电磁波谱 1.电磁波的传播及波长、频率、波速： (1)电磁波本身是一种物质,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)。,深化 理解,(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)三者关系v=f,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。,2.电磁波与机械波的比较：,3.对电磁波谱的四点说明： (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、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射线和射线都有重叠。,(3)不同的电磁波,产生的机理不同,无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的;红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的;X射线是原子的内层电子受到激发后产生的;射线是原子核受到激发后产生的。 (4)电磁波的能量随频率的增大而增大。,【题组通关方案】 【典题1】(2013四川高考)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 B.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 D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在,【典题解析】选C。电磁波可以在真空中传播,也可以在介质中传播,故选项A错误;若电场随时间均匀变化,则不能产生电磁波,故选项B错误;做变速运动的电荷会在空间激发非均匀变化的磁场,从而会在空间产生电磁波,故选项C正确;赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故选项D错误。,【典题2】(2013浙江高考)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 B.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“B超”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“CT”中的X射线波长相同,【典题解析】选B。A项中电磁波可以传递信息,声波也能传递信息,由此判断A错误;B项中手机在通话时,涉及的波既有电磁波又有声波,B项正确;C项中,太阳光中的可见光的传播速度远大于医院“B超”中的超声波的传播速度,C项错误;D项中,遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长,故D项错误。,【加固训练】 1.(2010天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是( ) A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B.电磁波在真空和介质中传播速度相同 C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波 D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播,【解析】选A。不管磁场怎样变化,只要是变化的磁场就可以在空间产生电场,所以均匀变化的磁场也能够在空间产生电场,故A正确;电磁波的传播速度与介质和频率有关,相同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同,故B错误;恒定的电场(磁场)周围不会产生磁场(电场),只有周期性变化的电场(磁场)才能产生电磁波,故C错误;电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播,若同一种介质是不均匀的,电磁波在其中的折射率是不一样的,在这样的介质中是沿曲线传播的,故D错误。,2.根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的有( ) A.在恒定电场周围一定产生磁场,恒定磁场周围一定产生电场 B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,变化的磁场周围一定产生变化的电场 C.均匀增大的电场周围一定产生均匀增大的磁场 D.振荡电场一定产生同频率的振荡磁场,【解析】选D。变化的电场周围才会产生磁场,恒定的电场周围不会产生磁场,同理,恒定的磁场周围也不会产生电场,所以选项A错。随时间做均匀变化的电场,其变化率是常量,故周围产生的磁场是恒定的,同理,均匀变化的磁场周围产生的电场也是恒定的,所以选项B、C错误。电场周期性变化,其周围产生的磁场一定随之周期性变化,且变化周期相同,所以选项D正确。,【学科素养升华】 关于电磁波的产生的三点说明 (1)能否产生电磁波,要看变化的电场和磁场是否能持续地再产生变化的磁场和电场,也就是说,所产生的磁场或电场必须是变化的,而不能是稳定的。 (2)明确是怎样变化的电场(磁场)产生怎样变化的磁场(电场)。 (3)LC振荡电路产生的振荡电场和振荡磁场都能产生电磁波。,考点2 狭义相对论的简单应用 1.对“同时”的相对性的理解： (1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另一个惯性系中观察也是同时的。 (2)相对论的时空观：“同时”具有相对性,即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另一个惯性系中观察就不一定是同时发生的。,深化 理解,2.对“长度的相对性”的理解： 狭义相对论中的长度公式：l= 中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可认为杆沿杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度。,3.对“时间间隔的相对性”的理解： 时间间隔的相对性公式：t= 中是相对事件 发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间 隔，而t则是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫作狭义相对论中的时间膨胀。(动钟变慢),4.对相对论速度变换公式的理解：速度变换公式 式中u是物体相对静止参考系的速度,v是运动参考系相对静 止参考系的速度,u是物体相对运动参考系的速度(u与v同向取正值,反之取负值)。,【题组通关方案】 【典题3】(2013江苏高考)如图所示,两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行,相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L,则A测得两飞船间的距离 (选填“大于” “等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号,A测得该信号的速度为 。,【典题解析】根据相对论原理,当物体运动速度接近光速时,空间距离会变短,A与B是相对静止的,但相对于地球却以接近光速的速度在飞行,故在地面上测得的距离会比较短,而在飞船上测得的距离会比较长。根据相对论的光速不变原理,A测得信号的速度为光速。 答案：大于 光速,【典题4】(2011江苏高考)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( ) A.同时被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.无法判断,【典题解析】选C。列车上的观测者看到的是由B发出后经过A和C反射的光,由于列车在这段时间内向C运动靠近C,而远离A,所以C的反射光先到达列车上的观测者,看到C先被照亮,故C正确。,【加固训练】 1.(2010北京高考)属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( ) A.真空中光速不变 B.时间间隔具有相对性 C.物体的质量不变 D.物体的能量与质量成正比 【解析】选A。狭义相对论基本假设：一是在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的;二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,即光速不变原理,由此可知A属于狭义相对论基本假设,故A正确,B、C、D均错误。,2.在狭义相对论中,下列说法中哪些是正确的( ) 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速;质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变;惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时,会看到这个时钟比与他相对静止的时钟走得慢些。 A.只有是正确的 B.只有是正确的 C.都是正确的 D.只有是正确的 【解析】选C。由爱因斯坦狭义相对论可知,说法均对,故正确答案为C。,【学科素养升华】 “同时”的相对性问题 (1)令观察者静止,判断被观察者因相对运动而引起的位置变化。 (2)结合光速不变原理,分析光传播到两个事件所用的时间。 (3)光先传播到的事件先发生,光后传播到的事件后发生。,
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