知识讲解 电磁波、相对论的基本假设、质速关系

物理总复习：电磁波、相对论的基本假设、质速关系

编稿：李传安 审稿：张金虎

【考纲要求】

1、知道电磁振荡及其产生过程

2、知道电磁振荡的周期和频率

3、了解麦克斯韦电磁场理论

4、知道电磁波的产生、特点及应用

5、了解狭义相对论的基本假设和相对时空观。 【知识络】

【考点梳理】 考点一、电磁振荡 要点诠释： 1、振荡电路

能够产生振荡的电流的电路。常见的振荡电路是由一个电感线圈和一个电容器组成，简称LC 回路。 2、电磁振荡

在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及与电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性变化的现象。 3、电磁振荡的周期与频率

周期2T =

f =

由公式可知，改变T和f的大小，可以通过改变电容C或电感L来实现。由

S

C

d

ε

∝知，

要改变C的大小，可改变电容器两极板的正对面积S、介电常数ε或两极板的距离d来实现；改变L的大小，可改变线圈的匝数、长度、线圈的直径或插、拔铁芯来实现。

4、阻尼振荡和无阻尼振荡

（1）阻尼振荡：振幅逐渐减小的振荡。图像如图（1）所示。

（2）无阻尼振荡，振幅不变的振荡。图像如图（2）所示。

5、LC回路中各量的周期性变化

电容器放电时，电容器所带电荷量、极板间的场强和电场能均减小，直到零；电路中的电流、线圈产生的磁感应强度和磁场能均增大，直到最大值。充电时，情况相反。电容器正反向充放电一次，便完成一次振荡的全过程。图表示振荡过程中电路中的电流和极板上的电荷量的周期性变化。

6、从能量的转化角度分析电磁振荡过程

理解电磁振荡过程中各物理量的变化规律，最好从电场能和磁场能相互转化的角度深化认识。电磁振荡的过程实质上是电场能和磁场能相互转化的过程，在这一过程中电容器带电荷量的多少，两板间电压的高低，场强的大小均与电场能的大小相对应；电路中电流的大小、线圈中磁场的强弱与磁场能的大小相对应。明确了这一关系，我们就可以根据电场能、磁场能的变化来判断上述各物理量的变化情况。例如：在电容器放电过程中，电场能转化为磁场能，电场能减小磁场能增大，与电场能相关的电容器的带电荷量、两板间的电压、场强都减小；在与磁场能相关的电路中电流逐渐增大，线圈中的磁场逐渐增强。放电完毕时，电场能为零，磁场能最大，电容器的带电荷量、两板间电压和场强都为零，电路中电流最大，线圈中磁场最强。

考点二、光的电磁说

麦克斯韦电磁场理论：

要点诠释：

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。均匀变化的电场（磁场）在周围空间产生稳定的磁场（电场），非均匀变化的电场（磁场）在周围空间产生变化的磁场（电场）。

1、麦克斯韦电磁理论认为光是一种电磁波，赫兹用实验证实了光的电磁本性。

2、电磁波与机械波的区别

（1）电磁波研究的是电磁现象；机械波研究的是力学现象。

（2）电磁波是电场E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化；机械波是质点位移随时间和空间做周期性变化。

（3）电磁波传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系，电磁波是横波；机械波传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关，有横波、纵波。

（4）电磁波是由周期性变化的电流（电磁振荡）激发；机械波是由质点（波源）的振动产生。

考点三、电磁波谱

要点诠释：

无线电波、红外线、可见光、紫外线、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．

电磁波按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重叠。

其产生机理、性质差别、用途等可概括如下表：

考点四、狭义相对论

要点诠释：

一、狭义相对论的两个基本假设

狭义相对论是建立在下面两个基本假设之上的。

1、相对性原理：

爱因斯坦在总结伽利略、麦克斯韦研究成果的基础上得到：物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。或者表示为：在任何惯性参考系中物理学规律都是相同的。

一个物体的运动，在不同的惯性参考系中观察，运动情况是不同的，例如在某参考系中是静止的，而在另一参考系中则是运动的，并且运动方向与速度大小都可以不同，但它遵守的力学规律，如牛顿运动定律、运动的合成法则等都是相同的。

2、光速不变原理：

迈克尔逊等人多次实验都表明，不论光源与观察者间的相对运动情况如何，观察到的光速都相同。爱因斯坦意识到，光速与参考系无关，他总结得到：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样。

这是狭义相对论的一条基本假设和出发点。

狭义相对论的这两个基本假设并不是孤立的，而是互相联系的，光速不变原理可以认为

是爱因斯坦相对性原理的一个特例。 二、两种时空观

1、经典力学的绝对时空观：

牛顿认为空间是一个没有边界的大容器，是物质运动的场所，空间各处是均匀的。空间中是否存在着物质，物质怎样分布以及怎样运动，对空间本身都没有影响。时间就像一条静静流动的河水，它均匀地流逝着，时间也与物质的分布及运动情况无关。空间和时间二者是独立的，互不影响的。牛顿的这种认识与我们日常生活经验相符合。因此被普遍接受，这就是经典的绝对时空观，即认为空间和时间都是脱离物质而存在的，它们本身都是均匀的、绝对的，二者间是没有联系的。 2、相对论的时空观 a )、同时的相对性

“同时”并不是绝对的，而是与参考系有关，即“同时”是相对的。 b )、时间间隔的相对性（时间延缓效应）

如下图所示，假设有一高速行驶的列车，在紧靠后挡板的地板上有一光源S ，它的正上方有一块反射镜M ，S 发出的闪光经M 反射后又回到S 处，我们讨论这个过程经历的时间。

对于车厢内的观察者，光是沿竖直方向传播的，设SM ＝d ，则闪光往返所用时间

2d

t c

'∆=

对于地面上的观察者，光的传播路径是一个等腰三角形的两腰，即图乙中的SM′S '。 设这个过程所需的时间为Δt ，则SS v t '=∆，

而SM M S '''==

满足2t c ∆=

解出：t ∆=

. 将2d

t c

'∆=

代入，可得到t '

∆= 所以，时间间隔是与参考系有关的，是相对的。

式中Δt′是相对于光源静止的参考系（以下简称静止参考系）测得的时间间隔，Δt 则是相对于光源运动的参考系（以下简称运动参考系）测得的时间间隔，t t '∆≥∆。 当v

c 时，可认为Δt ＝Δt′，这正是经典力学的结论，因此可以说经典力学是相对论

在低速运动情况下的一种近似。

当v 与c 相比不能忽略时，Δt ＞Δt′，即对于同一个过程，静止参考系认为经历的时间