高中物理选修3-4第十四、十五章第55讲 电磁波 相对论简介

第55讲电磁波相对论简介

考情剖析

(注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A 代表容易，B代表中等，C代表难)

知识整合

知识网络

基础自测

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．

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．

3．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________________________________________________________________________．使声音或图像信号从高频电流中还原的过程，即调制的逆过程，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.

六、电磁波与机械波的比较

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

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、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．

(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；γ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． 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．

重点阐述

难点释疑

狭义相对论：

1．对“长度的相对性”的理解 狭义相对论中的长度公式：l ＝l 0

1－⎝⎛⎭

⎫v

c 2中，l 0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．

2．对“时间间隔的相对性”的理解

时间间隔的相对性公式：Δt ＝Δτ

1－⎝⎛⎭

⎫v c 2中Δτ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Δt 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，这叫做狭义相对论中的时间膨胀(动钟变慢)．

3．狭义相对论问题的求解技巧

(1)解决“同时”的相对性问题，可从三个方面入手：

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． (2)解决长度的相对性问题，应当注意．

①“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，这种长度收缩并非幻觉，并非看上去短了，它的确变短了，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动的速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著．

②在具体计算中要明确，长度收缩指的是只在物体运动方向上的长度收缩，在垂直于运动方向上的长度没有变化．

(3)解决时间间隔的相对性应注意．

①“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化．

②运动时钟变慢完全是相对的，在它们上面的观察者都将发现对方的钟变慢了．

【典型例题1】 A 、 B 、 C 是三个完全相同的时钟，A 放在地面上，B 、 C 分别放在