【物理】2018届一轮复习人教版第14章第5节电磁波相对论简介学案 7页

第五节　电磁波　相对论简介 一、电磁波的产生、发射和接收 ‎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)真空中电磁波的速度为3.0×‎108 m/s.‎ ‎(3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象．‎ ‎4．电磁波的发射 ‎(1)发射条件：足够高的频率和开放电路．‎ ‎(2)调制分类：调幅和调频．‎ ‎5．电磁波的接收 ‎(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．‎ ‎(2)解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．‎ ‎　1.判断正误 ‎(1)电磁波以一定的速度在空间传播，在传播过程中满足v＝λf.(　　)‎ ‎(2)电磁波同机械波一样能发生干涉、衍射、反射、折射等现象．(　　)‎ ‎(3)电谐振就是电磁振荡中的“共振”．(　　)‎ ‎(4)使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制．(　　)‎ ‎(5)尺缩效应和钟慢效应都是观测结果，都是相对的，在不同的参考系中观测，结果可能不同．(　　)‎ ‎(6)波长不同的电磁波在本质上不相同．(　　)‎ ‎(7)接收电路产生电谐振的过程叫做调幅．(　　)‎ 提示：(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×‎ ‎(7)×‎ 二、电磁波谱 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等合起来构成了范围广阔的电磁波谱，如图所示．‎ 三、相对论的简单知识 ‎1．狭义相对论的两个基本假设 ‎(1)狭义相对性原理：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．‎ ‎　2.关于狭义相对论的说法，正确的是(　　)‎ A．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 B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关 C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系 D．狭义相对论任何情况下都适用 提示：ABC ‎　电磁场理论　电磁波 ‎【知识提炼】‎ ‎1．对麦克斯韦电磁场理论的理解 ‎2．对电磁波的理解 ‎(1)电磁波是横波．电磁波的电场E、磁场B、传播方向v三者两两垂直，如图所示．‎ ‎(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关．‎ ‎【典题例析】‎ ‎ (2016·高考全国卷甲)关于电磁波，下列说法正确的是(　　)‎ 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 解析：选ABC.电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s，与电磁波的频率无关，A项正确；周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场，它们相互激发向周围传播，就形成了电磁波，B项正确；电磁波是横波，因此其电场强度和磁感应强度均与传播方向垂直，C项正确；光是电磁波，利用光纤对光的全反射可以传播 信息，D项错误；波源的电磁振荡停止后，已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，E项错误．‎ ‎【跟进题组】‎ 考向1　对电磁场理论的理解 ‎1．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是(　　)‎ A．电磁波是纵波 B．电磁波的传播需要介质 C．电磁波能产生干涉和衍射现象 D．电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直 E．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 解析：选ABE.电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，为横波，且电场和磁场的方向处处相互垂直，故A错误、D正确；电磁波的传播不需要介质，故B错误；干涉和衍射是波特有的现象，故C正确；均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，故E错误．‎ 考向2　对电磁波的理解 ‎2．(2016·高考北京卷)下列说法正确的是(　　)‎ 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 解析：选A. 电磁波在真空中以光速c＝3×108 m/s传播，A项正确；在空气中传播的声波是纵波，B项错误；声波不仅可以在空气中传播，也可以在液体、固体等介质中传播，C项错误；光属于电磁波，可以在真空中传播，D项错误．‎ ‎(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，但它们产生的机理不同．　 ‎ ‎　狭义相对论 ‎【知识提炼】‎ ‎1．对“同时”的相对性的理解：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察就不一定是同时发生的．‎ ‎2．对“长度的相对性”的理解：狭义相对论中的长度公式：l＝l0中，l0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，或观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度．‎ ‎3．对“时间间隔的相对性”的理解：时间间隔的相对性公式：Δt＝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，这叫作狭义相对论中的时间膨胀．(动钟变慢)‎ ‎4．对相对论速度变换公式的理解：速度变换公式：u＝.式中u是物体相对静止参考系的速度，v是运动参考系相对静止参考系的速度，u′是物体相对运动参考系的速度(u′与v同向取正值，反之取负值)．‎ ‎ 【典题例析】‎ ‎ (2016·高考江苏卷)一艘太空飞船静止时的长度为‎30 m，他以‎0.6c ‎(c为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，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 解析：选B.飞船上的观测者相对飞船静止，则他测得的是飞船的静止长度，即为30 m，A项错误；地球上的观测者看到飞船是运动的，根据长度的相对性得他看到飞船长度比静止时的长度小，B项正确；根据光速不变原理得飞船上的观测者和地球上的观测者，观测到的光信号速度均为c，C、D项错误．‎ 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)“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，在垂直于运动方向上的长度没有变化．‎ ‎(3)“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的结果，也是相对的，即两个惯性系中的观察者都发现对方的钟变慢了．　 ‎ ‎　如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________．‎ 解析：根据长度的相对性得L＝L0 所以A测得两飞船间的距离L0＝ >L.‎ 根据狭义相对论的基本假设，光信号的速度为光速c.‎ 答案：大于　c(或光速)‎ ‎1.(2016·高考天津卷)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑．米波雷达发射无线电波的波长在1～‎10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是(　　)‎ A．米波的频率比厘米波频率高 B．和机械波一样须靠介质传播 C．同光波一样会发生反射现象 D．不可能产生干涉和衍射现象 解析：选C.从名称上可判断，米波的波长大于厘米波的波长，由波长与频率、波速关系式λ＝c/f可知，米波的频率小于厘米波的频率，选项A错误．无线电波是电磁波，可以在真空中传播，选项B错误．无线电波同光波一样会发生反射现象，可以产生干涉和衍射现象，选项C正确，D错误．‎ ‎2．下列关于电磁波的说法，不正确的是(　　)‎ A．电磁波只能在真空中传播 B．电场随时间变化时一定产生电磁波 C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波 D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 E．电磁波一定是横波 解析：选ABD.电磁波可以在真空中传播，也可以在介质中传播，选项A错误．电场随时间变化时一定产生磁场，但是不一定产生电磁波，选项B错误．根据麦克斯韦电磁场理论，做变速运动的电荷相当于不均匀变化的电流，在周围产生不均匀变化的磁场，会在空间产生电磁波，选项C正确．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，选项D错误．由电磁波的特点知E正确．‎ ‎3．(高考四川卷)电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是(　　)‎ A．电磁波不能产生衍射现象 B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 解析：选C.干涉、衍射是波所特有的现象，所以电磁波能产生衍射现象，选项A错误；常用的遥控器是通过发出红外线来遥控电视机的，选项B错误；利用多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的速度，选项C正确；根据光速不变原理，在不同的惯性系中，光速是相同的，选项D错误．‎ ‎4．惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是(　　)‎ 解析：选C.由相对论长度公式l＝l0得，运动方向上的边长变短，垂直运动方向的边长不变，故正确选项为C.‎ ‎5．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：选ABE.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现象，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．‎ ‎6．如图所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距的A、B两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，则在地面的参考系中观测________(选填“A先”“B先”或“A、B同时”)接收到光信号；在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测________(选填“A先”“B先”或“A、B同时”)接收到光信号．‎ 解析：在地面的参考系中观测，AM＝BM，光向A、B两点传播速度大小相等，故A与B同时接收到光信号．在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，由于以火车为参考系时，火车与B相互靠近，火车与A相互远离，而光速相同，故光信号先传到B点，后传到A点．‎ 答案：A、B同时　B先