(江苏专版)2019年高考物理总复习 第58讲 电磁波相对论简介讲义

第58讲 电磁波 相对论简介
理解
知识整合
一、麦克斯韦电磁场理论
1．麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场(电场)能够在周围空间产生________；
(2)均匀变化的磁场(电场)能够在周围空间产生稳定的________；
(3)振荡的磁场(电场)能够在周围空间产生同________的振荡电场(磁场)．
2．电磁场和电磁波：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场．________由近及远的传播就形成了电磁波．
3．电磁波的特点
(1)电磁波是________波．在传播方向的任一点E 和B 随时间作正弦规律变化，E 与B 彼此垂直且与传播方向垂直．
(2)电磁波的传播速度v ＝λf ＝λ
T
，在真空中的传播速度等于________速．
(3)________预言了电磁波的存在．________证实了电磁波，测出了波长和频率，证实传播速度等于光速；验证电磁波能产生反射、折射、衍射和干涉．
4．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解
二、电磁波的发射
1．有效地向外发射电磁波的振荡电路应具备的特点
(1)要有足够高的振荡________．理论的研究证明，振荡电路向外界辐射能量的本领与频率的四次方成正比；
(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的________，才能有效地把电磁场的能量传播出来．
2．发射电磁波的目的：传递信息(信号)
把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫做调制．其中，使高频振荡的电磁波振幅随信号而改变叫做________；使高频振荡的电磁波频率随信号而改变叫做________．
三、电磁波的传播
电磁波以横波形式传播，其传播不需要________，传播方式有天波、地波和空间波(又称直线波)．传播速度和频率、波长的关系为________．
四、电磁波的接收
使接收电路产生电谐振的过程叫做____________． 五、电磁波的传播及波长、频率、波速
1．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)．
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．v ＝λf ，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 ＝1
2πLC
，改
变L 或C 即可改变f ，从而改变电磁波的波长λ.
七、电磁波谱
1．无线电波、________、可见光、________、伦琴射线、γ射线合起来构成了范围广阔的电磁波谱，如图所示．
说明：波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有____________．
2．电磁波谱的特性、应用
,衍射能力减弱
直线传播能力增强 3.对电磁波谱的两点说明
(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、γ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γ射线都有重叠．
八、经典时空观
1．惯性参考系
凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系．
2．伽利略相对性原理
对于所有的惯性系，力学规律都是相同的．
3．经典时空观(绝对时空观)
时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响．
4．经典力学的几个基本结论
(1)同时的绝对性；
(2)时间间隔的绝对性；
(3)空间距离的绝对性．
九、狭义相对论的两个基本假设
1．狭义相对论原理：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是________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________的．
十、狭义相对论的时空观
1．________的相对性；
2．________的相对性．
(1)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小．
(2)在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．
(3)长度的变短是相对的．如果两条平行的杆在沿自己的长度方向做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了．
3．时间间隔的相对性
十一、质能方程
物体是具有能量的，并且物体的能量与其本身的质量有关，且关系为________，其中m 是物体的质量，E是物体具有的能量．
方法技巧
释难答疑的金钥匙
考点1 麦克斯韦电磁场理论的基本思想
【典型例题1】根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中不正确的是( )
A．教室中开亮的日光灯周围空间必有磁场和电场
B．工作时打点计时器必有磁场和电场
C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场激发稳定的电场
D．电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直
考点2 电磁波的特点
【典型例题2】下列说法中正确的是( )
A．电磁波在真空中以光速c传播
B．在空气中传播的声波是横波
C．声波只能在空气中传播
D．光需要介质才能传播
考点3 电磁波谱
【典型例题3】电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了．下面正确的是( ) A．雷达是利用声波的反射来测定物体位置的
B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线
C．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应
D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X射线的穿透本领
考点4 狭义相对论
【典型例题4】用相对论的观点判断，下列说法不正确的是( )
A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变
B．在地面上的人看来，以6 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
C．在地面上的人看来，以6 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些
D．当物体运动的速度v≪c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计
1.(16年江苏高考)一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是( )
A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
2.(17年江苏高考)(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有( ) A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B．飞船上的人观测到地球上的钟较慢
C．地球上的人观测到地球上的钟较快
D．地球上的人观测到飞船上的钟较慢
当堂检测 1.(多选)下列说法正确的是( )
A．麦克斯韦提出电磁场理论，并用实验证实了电磁波的存在
B．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场
C．随身携带的移动电话既有电磁波接收装置，同时又有电磁波发射装置
D．声音信号需要经过“调制”过程，加到高频的电磁波上才能发射出去2．现代生活中，人们已更多地与电磁波联系在一起，并且越来越依赖于电磁波，关于电磁场和电磁波，以下说法正确的是( )
A．把带电体和永磁体放在一起，即可以在其周围空间中产生电磁波
B．手机、电视、光纤通信都是通过电磁波来传递信息的
C．医院中用于检查病情的“B超”是利用了电磁波的反射原理
D．车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用红外线实现成像的3．(多选)以速度u高速远离地球的宇宙飞船发出频率为ν的单色光，已知真空中光速为c，则( )
第3题图
A．该光相对飞船的速度等于c－u
B．该光相对飞船的速度等于c
C．地球上接受到该光的频率大于ν
D．地球上接受到该光的频率小于ν
4．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( )
第4题图
A．同时被照亮B．A先被照亮
C．C先被照亮D．无法判断
5．(16年南京模拟)如图所示，宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以速度v(v接近光速c)远离地球，飞船发出频率为ν的单色光．地面上的人接收到光的频率________(选填“大于”、“等于”或“小于”)ν，看到宇宙飞船宽度________(选填“大于”、“等于”或“小于”)l.
第5题图
第58讲 电磁波 相对论简介
知识整合 基础自测
一、1.(1)电场(磁场) (2)电场(磁场) (3)频率
2．电磁场 3.(1)横 (2)光 (3)麦克斯韦 赫兹 二、1.(1)频率 (2)空间 2.调幅 调频 三、介质 c ＝λf 四、调谐
七、1.红外线 紫外线 重叠 九、1.相同 2.相同 十、1.同时 2.长度
十一、E ＝mc 2
方法技巧
·典型例题1· C 【解析】 教室中开亮的日光灯、工作时打点计时器用的振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A 、B 正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C 错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D 正确．
·典型例题2·A 【解析】 电磁波在真空中的传播速度与光在真空中传播速度相等，都等于光速c ，故A 正确；在空气中传播的声波是纵波，故B 错误；声波不仅在空气中可以传播，在其他介质中也可以传播，故 C 错误；光在真空中也可以传播，不需要介质，故D 错误．
·典型例题3·D 【解析】 雷达是利用微波的反射来测定物体位置的，A 错误．遥控器采用的是红外线不是紫外线；故B 错误；微波炉是利用了微波的频率与水的频率相接近，从而使水振动而发热的；故C 错误；机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X 射线的穿透本领；故D 正确；故选D.
·典型例题4·A 【解析】 由相对论知，时间和空间都是相对的，所以A 项不正确． ·变式训练1·B 【解析】 飞船上的观测者测得该飞船的长度是静止时的长度，等于30 m ，故A 错误；地球上的观测者测得该飞船的长度l ＝l 0
1－（v c
）2
＝24 m ，所以B
正确；根据狭义相对论的光速不变原理，飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于c ，地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度也等于c ，故C 、D 错误．
·变式训练2·AC 【解析】 飞船相对于地球高速运动，所以地球上的人观察飞船的时间较慢，而地球相对于飞船高速运动，所以飞船上的人认为地球上的时钟较慢，所以A 、C 正确，B 、D 错误．
当堂检测
1．CD 【解析】 麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项A 错误；变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场，选项B 错误；移动电话能够收到信息，同时也能发出信息；故既有电磁波接收装置，同时又有电磁波发射装置；故C 正确；声音信号需要经过“调制”过程，加到高频的电磁波上形成载波信号才能发射出去，故D 正确；故选CD.
2．B 【解析】 要产生电磁波，必须要有变化的磁场与变化的电场，即电磁场，电磁
场在介质中传播产生电磁波，A错误；通过电磁波可以实现各种通信，B正确；“B超”是利用了超声波的反射原理，C错误；车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用X射线实现成像的，D错误．
3．BD 【解析】由光速不变原理可知，该光相对飞船的速度等于c，选项B正确，A 错误；根据多普勒效应，因飞船远离地球，则地球上接受到该光的频率小于ν，选项C错误，D正确．故选BD.
4．C 【解析】由相对论知从B发出的光到C、A的光速相同．相对车内的观察者而言，A、B、C向左运动，所以C先被照亮，C对．
5．小于等于【解析】当远离地球时，由于多普勒效应，地面上的人接收到光的频率小于飞船发出光的频率. 在地面上看宇宙飞船，由于“尺缩效应” 沿运动方向的长度小，但垂直于运动方向的宽度不变，仍为l.
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