高考物理一轮复习 第12章第1讲 电磁波的描述及其应用 相对论与量子论初步课件 鲁科版
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• 【答案】 (1)见解析 (2)垂直 垂直 横 • (3)①0.3～1.5 m ②能确定雷达和目标间的距离
【误区警示】 利用电磁波的反射测距离时应特别注
意：所测距离等于电磁波传播距离的12.
• 【即时巩固1】 (2010·天津理综)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
• ②不同的电磁波具有不同的波长(频率)，因此才具有不同 的特性．
• 3．相对论简介
• (1)狭义相对论的基本假设： • ①在不同的惯性参考系中， 一切物理规律 都是相同的． • ②真空中的光速在不同的 惯性参考系 中都是相同的．
• (2)时间和空间的相对性(以下公式均不要求定量计算)
• ①时间间隔的相对性：Δt＝
• 【解析】 根据各种电磁波的特性及应用进行分析判断．
• (1)一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出 来的红外线不同，采用红外线接收器，可以清楚地分辨出 物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，确认 目标后，可以采取有效的行动．
(2)最大波长 λm＝2.29703×＋1207－3 m＝9.7×10－6 m；属于红 外• 线【波答段案．】 (1)见解析 (2)9.7×10－6 红外线
• 【案例2】 (1)近年来，在军事行动中，士兵都配戴“红 外夜视仪”．这样，在夜间也能清楚地看清目标．这是为 什么？
• (温2)度根T据的热关辐系射满理足论Tλ，m＝物2体.9发0×出1的0－最3 大m·波K长.若λ猫m与头物鹰体的的猎绝物对— — 蛇 在 夜 间 体 温 为 27 ℃ ， 则 它 发 出 光 的 最 大 波 长 为 ________ m，属于________波段．
• 【解析】 变化的磁场就能产生电场，A正确．若只有电 场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都 不能产生电磁波，C错．光也是电磁波，在真空和介质中 传播的速度不同，可判断B错．D选项中没强调是“均匀” 介质，若介质密度不均匀会发生折射，故D错．
• 【答案】 A
• 考点二 关于电磁波谱的理解
• (2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是 垂直的，并和该处电磁波的传播方向垂直，这说明电磁波 是横波． (3)①由 v＝λf 可得：λ1＝vf ＝230.00××110086 m＝1.5 m，
λ2＝vf ＝130.000××101806 m＝0.3 m.
• ②电磁波测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来确 定距离，所以可根据s＝vt确定雷达和目标间的距离．
• 2．电磁波发射与接收
• (1)发射和接收：
• ①发射条件：振荡频率和足够高 尽可能分布到较大的空间 ．
电场和磁场
• ②调制：有两种形式： 调幅 和 调频 ．
• ③接收调谐：使接收电路产生 电谐振的过程．
• ④解调：使 声音或图像 信号从高频电流中还原．
• (2)电磁波谱：
• ①按电磁波的波长从长到短，分布顺序是：无线电波、红 外线、 可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波 谱．
• C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不可 改变的
• D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量， 则地球的质量将不断增大
【答案】 C
Hale Waihona Puke • D．波长越短的电磁波，反射性能越强
【解析】 由 v＝λf 可得：λ1＝vf ＝330.00× ×110086 m＝1.0 m， λ2＝vf ＝630.00× ×110086 m＝0.5 m，故 A 说法正确；电磁波是 由周期性变化的电场和磁场产生的，故 B 说法错误；电磁波 测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来确定的，故 C 说法正确；波长越短的电磁波，其频率越高，能量越大，反 射性能越强，D 说法正确．应选 B
• 1．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思 想以及在物理学发展史上的意义．
• 2．了解电磁波的产生，通过电磁波体会电 磁场的物质性．
• 3．了解电磁波的发射、传播和接收． • 4．通过实例认识电磁波谱，知道光是电磁
波．
• 5．知道狭义相对论的基本假设．
• 6．知道质速关系和质能关系． • 7．知道相对论质能关系式．
• 【即时巩固2】 某一雷达发射的电磁波频率在300 ～600 MHz的范围内．下列关于雷达和电磁波的说法错误的是 ()
• A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.5 m ～1 m
• B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 • C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔，可以确
定雷达和目标的距离
• 2．对电磁波的理解
• (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中，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＝2π
1 ，改变 LC
L
或
C
即可改变
f，
从而改变电磁波的波长 λ.
• 【技巧提示】 电磁波不同于机械波，机 械波传播必须有介质，而电磁波传播不需
要介质，电磁波和机械波都有波特有的特 性．
• 【案例1】 (1)麦克斯韦理论的内容是：____________.
• (2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是 ________的，并和该处电磁波的传播方向______，这就说 明电磁波是________波．
• ②广义相对论的预言与证实：时空弯曲、光线弯曲、引力 红移等．
• 考点一 电磁场与电磁波
• 1．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解
• (1)恒定的磁场(电场)不能产生电场(磁场)．
• (2)周期性变化的电场(磁场)产生同频率的磁场(电场)才能 形成电磁波．
• (3)变化的磁场能够在周围空间产生电场，这种电场与电荷 激发的静电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与空 间有无导体或者有无闭合电路无关．
• 不同的电磁波，由于频率和波长的不同，因而表现了不同 的特性．波长较长的无线电波和红外线，很容易发生干涉、 衍射现象；而波长较短的紫外线、伦琴射线、γ射线，不 容易观察到它的干涉、衍射现象．
• 在电磁波谱中，能引起视觉的可见光是频率范围很窄的一 段电磁波．
• 【技巧提示】 各波段的电磁波在频率上没有明确的界线， 如紫外线和X射线，X射线和γ射线都有重叠，但它们产生 的机理不同．
T＝2π Lc
，完全由自身参数决定，叫做回路的
固有周期 ，其倒数叫做回路的固有频率，与回路中有没
有电流无关．
• 电磁振荡是回路中电容器上的 电荷量、电场强度、 电场能和电感中电流、磁感应强度、磁场能 等做周期性
变化的过程．
• (2)麦克斯韦电磁理论： • ①19世纪60年代，英国物理学家 麦克斯韦 建立了完整
• ③电磁波：
• 电磁波的产生：电场 和 磁场交替产生，且由近及远地向周 围传播，形成了电磁波．
• 电磁波的特点：
• a．电磁波中的磁感应强度方向和电场强度的方向与传播 方向 互相垂直 ，所以电磁波是 横波 ．
• b．电磁波的传播不需要任何介质，它在真空中传播的速 • 度c．是电c＝磁波3能.0×产1生08反m射/s、折，v射＝、Tλ对干电涉磁和波同衍样射适等用现象．
1m－0 vc2，可
得 2m0＝
1m－0 vc2，v＝ 23c＝0.866c.
【答案】 0.866c
• 【即时巩固3】 根据爱因斯坦质能关系方程，下列说法 错误的是( )
• A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物 质的质量和一定不相等
• B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不 断减小
• 本章的大部分内容是记忆性的，定性了解 的．在高考中，电磁波部分单独出现的机 会不多，相对论部分是新增添的知识，要 求也不高．在高考中一般也不会单独考查， 有可能与光学部分相结合，考查对基本概 念的掌握和理解．
• 1．电磁场与电磁波
• (1)电磁振荡：由振荡电路产生，若LC回路的电磁能量始
终在电路中且没有损耗，则该回路电磁振荡的周期就是
【答案】 B
• 考点三 质能方程
• 爱因斯坦方程：E＝mc2.
• 那么物体运动的能量E和静止时能量E0的差就是物体的动 能，即Ek＝E－E0.
• 代入质量关系：
Ek＝E－E0＝
m1－0c2vc2－m0c2＝12m0v2.
• 【案例3】 一观察者测出电子质量为2m0，求电子速度为
多少？(m0为电子的静止质量) 【解析】 m＝2m0，代入质量公式 m＝
• (3)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz 的范围内．请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题．
• ①雷达发射电磁波的波长范围是多少？
• ②能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？
• 【解析】 熟记麦克斯韦理论及电磁波的特点，电磁波满 足v＝λf.
• (1)麦克斯韦电磁理论的内容是：变化的磁场周围会产生电 场，变化的电场周围会产生磁场．
的电磁场理论，并预言了电磁波的存在.1888年，德国物理 学家 赫兹 用实验证明了电磁波的存在， 麦克斯韦 还 预言光也是电磁波，开创了人类对光的认识的新纪元．
• ②电磁场：变化的磁场产生 电场 ，变化的 电场 产 生磁场，变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可 分割的统一的场，这就是 电磁场 ．
• ②长度的相对性：l＝
u′＋v
•
(3)相对论的速度变换公式：u＝ m0
1＋u′c2 v
• (4)相对论质量：m＝
1－vc2
• (5)质能方程：E＝ mc2 .
• (6)广义相对论
• ①基本原理
• 广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都 是 相 同 的．
• 等效原理：一个均匀的引力场与一个 做匀加速 运动的参考系等价．
【误区警示】 利用电磁波的反射测距离时应特别注
意：所测距离等于电磁波传播距离的12.
• 【即时巩固1】 (2010·天津理综)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
• ②不同的电磁波具有不同的波长(频率)，因此才具有不同 的特性．
• 3．相对论简介
• (1)狭义相对论的基本假设： • ①在不同的惯性参考系中， 一切物理规律 都是相同的． • ②真空中的光速在不同的 惯性参考系 中都是相同的．
• (2)时间和空间的相对性(以下公式均不要求定量计算)
• ①时间间隔的相对性：Δt＝
• 【解析】 根据各种电磁波的特性及应用进行分析判断．
• (1)一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出 来的红外线不同，采用红外线接收器，可以清楚地分辨出 物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，确认 目标后，可以采取有效的行动．
(2)最大波长 λm＝2.29703×＋1207－3 m＝9.7×10－6 m；属于红 外• 线【波答段案．】 (1)见解析 (2)9.7×10－6 红外线
• 【案例2】 (1)近年来，在军事行动中，士兵都配戴“红 外夜视仪”．这样，在夜间也能清楚地看清目标．这是为 什么？
• (温2)度根T据的热关辐系射满理足论Tλ，m＝物2体.9发0×出1的0－最3 大m·波K长.若λ猫m与头物鹰体的的猎绝物对— — 蛇 在 夜 间 体 温 为 27 ℃ ， 则 它 发 出 光 的 最 大 波 长 为 ________ m，属于________波段．
• 【解析】 变化的磁场就能产生电场，A正确．若只有电 场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都 不能产生电磁波，C错．光也是电磁波，在真空和介质中 传播的速度不同，可判断B错．D选项中没强调是“均匀” 介质，若介质密度不均匀会发生折射，故D错．
• 【答案】 A
• 考点二 关于电磁波谱的理解
• (2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是 垂直的，并和该处电磁波的传播方向垂直，这说明电磁波 是横波． (3)①由 v＝λf 可得：λ1＝vf ＝230.00××110086 m＝1.5 m，
λ2＝vf ＝130.000××101806 m＝0.3 m.
• ②电磁波测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来确 定距离，所以可根据s＝vt确定雷达和目标间的距离．
• 2．电磁波发射与接收
• (1)发射和接收：
• ①发射条件：振荡频率和足够高 尽可能分布到较大的空间 ．
电场和磁场
• ②调制：有两种形式： 调幅 和 调频 ．
• ③接收调谐：使接收电路产生 电谐振的过程．
• ④解调：使 声音或图像 信号从高频电流中还原．
• (2)电磁波谱：
• ①按电磁波的波长从长到短，分布顺序是：无线电波、红 外线、 可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波 谱．
• C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不可 改变的
• D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量， 则地球的质量将不断增大
【答案】 C
Hale Waihona Puke • D．波长越短的电磁波，反射性能越强
【解析】 由 v＝λf 可得：λ1＝vf ＝330.00× ×110086 m＝1.0 m， λ2＝vf ＝630.00× ×110086 m＝0.5 m，故 A 说法正确；电磁波是 由周期性变化的电场和磁场产生的，故 B 说法错误；电磁波 测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来确定的，故 C 说法正确；波长越短的电磁波，其频率越高，能量越大，反 射性能越强，D 说法正确．应选 B
• 1．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思 想以及在物理学发展史上的意义．
• 2．了解电磁波的产生，通过电磁波体会电 磁场的物质性．
• 3．了解电磁波的发射、传播和接收． • 4．通过实例认识电磁波谱，知道光是电磁
波．
• 5．知道狭义相对论的基本假设．
• 6．知道质速关系和质能关系． • 7．知道相对论质能关系式．
• 【即时巩固2】 某一雷达发射的电磁波频率在300 ～600 MHz的范围内．下列关于雷达和电磁波的说法错误的是 ()
• A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.5 m ～1 m
• B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 • C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔，可以确
定雷达和目标的距离
• 2．对电磁波的理解
• (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中，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＝2π
1 ，改变 LC
L
或
C
即可改变
f，
从而改变电磁波的波长 λ.
• 【技巧提示】 电磁波不同于机械波，机 械波传播必须有介质，而电磁波传播不需
要介质，电磁波和机械波都有波特有的特 性．
• 【案例1】 (1)麦克斯韦理论的内容是：____________.
• (2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是 ________的，并和该处电磁波的传播方向______，这就说 明电磁波是________波．
• ②广义相对论的预言与证实：时空弯曲、光线弯曲、引力 红移等．
• 考点一 电磁场与电磁波
• 1．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解
• (1)恒定的磁场(电场)不能产生电场(磁场)．
• (2)周期性变化的电场(磁场)产生同频率的磁场(电场)才能 形成电磁波．
• (3)变化的磁场能够在周围空间产生电场，这种电场与电荷 激发的静电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与空 间有无导体或者有无闭合电路无关．
• 不同的电磁波，由于频率和波长的不同，因而表现了不同 的特性．波长较长的无线电波和红外线，很容易发生干涉、 衍射现象；而波长较短的紫外线、伦琴射线、γ射线，不 容易观察到它的干涉、衍射现象．
• 在电磁波谱中，能引起视觉的可见光是频率范围很窄的一 段电磁波．
• 【技巧提示】 各波段的电磁波在频率上没有明确的界线， 如紫外线和X射线，X射线和γ射线都有重叠，但它们产生 的机理不同．
T＝2π Lc
，完全由自身参数决定，叫做回路的
固有周期 ，其倒数叫做回路的固有频率，与回路中有没
有电流无关．
• 电磁振荡是回路中电容器上的 电荷量、电场强度、 电场能和电感中电流、磁感应强度、磁场能 等做周期性
变化的过程．
• (2)麦克斯韦电磁理论： • ①19世纪60年代，英国物理学家 麦克斯韦 建立了完整
• ③电磁波：
• 电磁波的产生：电场 和 磁场交替产生，且由近及远地向周 围传播，形成了电磁波．
• 电磁波的特点：
• a．电磁波中的磁感应强度方向和电场强度的方向与传播 方向 互相垂直 ，所以电磁波是 横波 ．
• b．电磁波的传播不需要任何介质，它在真空中传播的速 • 度c．是电c＝磁波3能.0×产1生08反m射/s、折，v射＝、Tλ对干电涉磁和波同衍样射适等用现象．
1m－0 vc2，可
得 2m0＝
1m－0 vc2，v＝ 23c＝0.866c.
【答案】 0.866c
• 【即时巩固3】 根据爱因斯坦质能关系方程，下列说法 错误的是( )
• A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物 质的质量和一定不相等
• B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不 断减小
• 本章的大部分内容是记忆性的，定性了解 的．在高考中，电磁波部分单独出现的机 会不多，相对论部分是新增添的知识，要 求也不高．在高考中一般也不会单独考查， 有可能与光学部分相结合，考查对基本概 念的掌握和理解．
• 1．电磁场与电磁波
• (1)电磁振荡：由振荡电路产生，若LC回路的电磁能量始
终在电路中且没有损耗，则该回路电磁振荡的周期就是
【答案】 B
• 考点三 质能方程
• 爱因斯坦方程：E＝mc2.
• 那么物体运动的能量E和静止时能量E0的差就是物体的动 能，即Ek＝E－E0.
• 代入质量关系：
Ek＝E－E0＝
m1－0c2vc2－m0c2＝12m0v2.
• 【案例3】 一观察者测出电子质量为2m0，求电子速度为
多少？(m0为电子的静止质量) 【解析】 m＝2m0，代入质量公式 m＝
• (3)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz 的范围内．请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题．
• ①雷达发射电磁波的波长范围是多少？
• ②能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？
• 【解析】 熟记麦克斯韦理论及电磁波的特点，电磁波满 足v＝λf.
• (1)麦克斯韦电磁理论的内容是：变化的磁场周围会产生电 场，变化的电场周围会产生磁场．
的电磁场理论，并预言了电磁波的存在.1888年，德国物理 学家 赫兹 用实验证明了电磁波的存在， 麦克斯韦 还 预言光也是电磁波，开创了人类对光的认识的新纪元．
• ②电磁场：变化的磁场产生 电场 ，变化的 电场 产 生磁场，变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可 分割的统一的场，这就是 电磁场 ．
• ②长度的相对性：l＝
u′＋v
•
(3)相对论的速度变换公式：u＝ m0
1＋u′c2 v
• (4)相对论质量：m＝
1－vc2
• (5)质能方程：E＝ mc2 .
• (6)广义相对论
• ①基本原理
• 广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都 是 相 同 的．
• 等效原理：一个均匀的引力场与一个 做匀加速 运动的参考系等价．