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- 2021-05-26 发布
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1.掌握麦克斯韦电磁场理论,知道电磁波是横波.
2.了解电磁波的产生、传播、发射和接收,熟记电磁波谱.
3.了解狭义相对论的基本假设和几个重要结论.
一、电磁波的产生
1.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场.
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完整的整体,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,在空间传播不需要介质.
(2)v=λf对电磁波同样适用.
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象.
4.发射电磁波的条件:
(1)要有足够高的振荡频率;
(2)电路必须开放,使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间.
5.调制:有调幅和调频两种方法.
6.电磁波的传播:
(1)三种传播方式:天波、地波、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=3×108m/s.
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相等时,激起的振荡电流最强,这就是电谐振现象.
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐,能够调谐的接收电路叫做调谐电路.
(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫做检波,检波是调制的逆过程,也叫做解调.
二、电磁波谱
1.定义:按电磁波的波长从长到短的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线,形成电磁波谱.
2.电磁波谱的特性、应用
电磁波谱
频率/Hz
真空中
波长/m
特性
应用
递变
规律
无线电波
<3×1011
>10-3
波动性强,
易发生衍射
无线电技术
衍直
射线
能传
力播
减能
弱力
增
强
红外线
1011~1015
10-3~10-7
热效应
红外线遥感
可见光
1015
10-7
引起视觉
照明、
摄影
紫外线
1015~1017
10-7~10-9
化学效应、
荧光效应、
能杀菌
医用消毒、
防伪
X射线
1016~1019
10-8~10-11
贯穿性强
检查、医用
透视
γ射线
>1019
<10-11
贯穿本领
最强
工业探伤、
医用治疗
三、对狭义相对论的理解
1.两个基本假设
(1)相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的.
(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相同的,光速与光源、观测者间的相对运动没有关系.
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总要大于静止时的质量m0.
3.相对论的质能关系
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=mc2.
高频考点一、电磁波
例1.[电磁波](多选)关于电磁波,下列说法正确的是________。(填正确答案标号。)
A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波
C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失
答案: ABC
【变式探究】(多选)关于电磁波谱,下列说法中正确的是________。
A.X射线对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B.γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高
C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D.在电磁波谱中,最容易发生衍射现象的是γ射线
E.在电磁波谱中,无线电波一般可用于通信
解析: X射线的频率比较大,对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变,选项A正确;根据电磁波谱的排列顺序可知:γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高,选项B正确;在电磁波谱中从无线电波到γ射线,波长逐渐减小,频率逐渐增大,而波长越长,越容易发生衍射现象,因此紫光比紫外线更容易发生衍射,无线电波最容易发生衍射现象,选项C、D错误;无线电波广泛应用于通信、广播、和天体研究中,选项E正确。答案: ABE
高频考点二、相对论
例2、如图所示,一束激光频率为ν0,传播方向正对卫星飞行方向,已知真空中光速为c,卫星速度为u,则卫星上观测到激光的传播速度是________,卫星接收到激光的频率ν________(选填“大于”“等于”或“小于”)ν0。
解析: 由相对论光速不变原理可得激光速度为c,依据多普勒效应可知,卫星接收到激光的频率ν大于ν0。
答案: c 大于
【变式探究】以下关于物理学知识的叙述,其中正确的是( )
A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B.麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹用实验证实了电磁波的存在
C.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理
D.狭义相对论认为,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的
答案 BD
1.电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等,按波长由长到短的排列顺序是( )
A.无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线
解析:选A.在电磁波家族中,按波长由长到短分别有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等,所以A项对.
2.关于电磁波,下列说法正确的是( )
A.雷达是用X光来测定物体位置的设备
B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调
C.用红外线照射时,大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
D.变化的电场可以产生变化的磁场
3.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.狭义相对论的两条假设分别是:在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律相同.
4.如图3-3所示,强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮,壮壮的飞行速度为0.5c.强强向壮壮发出一束光进行联络,则壮壮观测到该光束的传播速度为( )
图3-3
A.0.4c B.0.5c
C.0.9c D.1.0c
解析:选D.根据爱因斯坦狭义相对论光速不变原理可知.
5.如图3-4所示,一根10 m长的梭镖以相对论速度穿过一根10 m长的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的.以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况( )
图3-4
A.梭镖收缩变短,因此在某些位置上,管子能完全遮住它
B.管子收缩变短,因此在某些位置上,梭镖从管子的两端伸出来
C.两者都收缩,且收缩量相等,因此在某个位置,管子恰好遮住梭镖
D.所有这些都与观察者的运动情况有关
6.有两只对准的标准钟,一只留在地面上,另一只放在高速飞行的飞船上,则下列说法正确的是( )
A.飞船上的人看到自己的钟比地面上的钟走得慢
B.地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得慢
C.地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快
D.因为是两只对准的标准钟,所以两钟走时快慢相同
解析:选C。无论是飞船上的人还是地面上的人,只要钟与人有相对运动,人观察到钟都会变慢.飞船上的人看到地面上的钟比自己的钟走得慢,A错;地面上的人看到飞船上的钟比自己的钟走得慢,B错,C对;两只对准的标准钟,不同的观察者来看,走得快慢可能不同,D错.
7.根据气体吸收谱线的红移现象推算,有一类星体远离我们的速度高达光速c的80%,即每秒24万公里.则在该类星体上测得它发出光的速度是________,我们观测到它的体积比它实际体积________(填“大”或“小”),该类星体上的π介子平均寿命比在地球上________(填
“长”或“短”).
解析:本题考查了狭义相对论中光速不变,长度变短,时间变长三个结论.
答案:c 小 长
8.(1)麦克斯韦电磁理论的内容是:________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)电磁波在传播过程中,每处的电场方向和磁场方向总是与该处电磁波的传播方向________,这就说明电磁波是________波.
(3)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1000 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?
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x=vt确定和目标间的距离.