解密19+电磁波++相对论-备战2019年高考物理之高频考点解密 11页

核心考点 考纲要求 电磁波的产生 电磁波的发射、传播和接收 电磁波谱 狭义相对论的基本假设 质能关系 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 考点1 电磁波与电磁振荡 一、麦克斯韦电磁场理论 ‎1．理论内容 变化的磁场能够产生电场，变化的电场能够产生磁场。根据这个理论，周期性变化的电场和磁场相互联系，交替产生，形成一个不可分割的统一体，即电磁场。‎ ‎2．深度理解 ‎（1）恒定的电场不产生磁场。‎ ‎（2）恒定的磁场不产生电场。‎ ‎（3）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。‎ ‎（4）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。‎ ‎（5）振荡电场产生同频率的振荡磁场。‎ ‎（6）振荡磁场产生同频率的振荡电场。‎ ‎3．相关概念及判断方法 ‎（1）变化的磁场产生的电场叫感应电场；变化的电场产生的磁场叫感应磁场。‎ ‎（2）感应电场与感应磁场的场线都是闭合的曲线，而且互相正交、套连。‎ ‎（3）感应电场的方向可由楞次定律判定，感应磁场的方向可由安培定则判定。‎ 二、电磁波 ‎1．电磁波的产生 如果在空间某区域中有周期性变化的电场，救护在空间引起周期性变化的磁场，这个周期性变化的磁 场又会在较远的空间引起新的周期性变化的电场，新的周期性变化的电场又会在更远的空间引起新的周期性变化的磁场······这样，电磁场就由远及近向周围空间传播开去，形成了电磁波。‎ ‎2．电磁波的特性 ‎（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）电磁波的频率f、波长λ和波速v的关系：v=λf。‎ ‎（4）电磁波是横波，具有波的特性，能产生干涉、衍射等现象。‎ ‎3．无线电波的发射与接收 无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。无线电波的波长从几毫米到几十千米。根据波长（或频率），通常将无线电波分成几个阶段，每个波段的无线电波分别有不同的用途。‎ ‎（1）无线电波的发射 ‎①有效发射电磁波的条件：高频振荡；开放电路（如图所示）。‎ ‎②调制：在无线电传播技术中，首先将声音、图象等信息通过声电转换、光电转换等方式转换为电信号，但这种电信号频率低，不能用来直接发射电磁波，所以要把传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波的频率或振幅随各种信号而改变，这种使电磁波随各种信号而改变的基数叫调制。‎ 调制的两种方式：调幅和调频。使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅；使高频振荡的频率随信号而改变的叫调频。‎ ‎（2）无线电波的接收 无线电波的接收必须采用调谐电路，如图所示，调谐电路由可变电容器、电感线圈、天线、地线等几部分组成。‎ ‎①电谐振：当接收到的电磁波的频率跟接收电路的固有频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振。‎ ‎②调谐：调谐电路的固有频率可以在一定范围内连续改变，将调谐电路的频率调节到与需要接收的某个频率的电磁波相同，使接收电路产生电谐振，这一过程叫做调谐。‎ ‎③解调：从接收到的高频振荡中分离出所携带的信号的过程叫做解调。解调是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。‎ ‎④无线电波接收的全过程：天线接收到所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经过解调取出携带的信号，信号经放大后再还原成声音或图象。‎ ‎4．电磁波谱分析及电磁波的应用 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 红外线 ‎1011~1015‎ ‎10–3~10–7‎ 热效应 红外遥感 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、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 ‎1016~1019‎ ‎10–8~10–11‎ 贯穿本领强 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 特别提醒：‎ ‎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。‎ ‎5．电磁波与机械波的比较 名称 项目 电磁波 机械波 研究对象 电磁现象 力学现象 产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点（波源）的振动产生 波的特点 横波 纵波或横波 波速 在真空中等于光速（很大）（c=3×108 m/s）‎ 在空气中不大（如声波波速一般为340 m/s）‎ 介质需要 不需要介质（在真空中仍可传播）‎ 必须有介质（真空中不能传播）‎ 能量传播 电磁能 机械能 三、电磁振动 ‎1．LC振荡电路 由自感线圈和电容器组成的电路就是最简单的振荡电路，简称LC电路。如图所示，先将开关S和1接触，开关闭合后电源给电容器C充电，然后将S和2接触，在LC电路中就出现了大小与方向都做周期性变化的振荡电路。在产生电流的过程中，电容器极板上的电荷q、电路中的电流i、电容器内的电场强度E和线圈中的磁感应强度B都发生周期性变化，这种现象叫做电磁振荡。‎ ‎（1）从振荡的表象上看：LC振荡过程实际上是通过线圈L对电容器C充、放电的过程。‎ ‎（2）从屋里本质上看：LC振荡过程实质上是磁场能和电场能之间通过充、放电的形式相互转化的过程。‎ ‎2．电磁振荡的规律 LC电路中电场振荡的规律可用下图表示。（图中↗表示增大，↘表示减小）‎ ‎3．电磁振荡的周期和频率 与力学中的简谐运动类似，如果没有能量损失，也不受外界影响，电磁振荡的周期与频率由振荡电路本身的结构与性质所决定，因此称这个周期与频率为固有周期与固有频率，LC电磁振荡的周期和频率公式为T=2π，频率。‎ ‎4．电磁振荡规律的分析 ‎（1）电磁振荡中各物理量的变化规律分析 LC电路中的振荡电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板上的电荷量q、电容器两端的电压u、极板间的电场强度E均是随时间按正弦（或余弦）规律做周期性变化的，如图所示。‎ LC电路中各物理量的变化规律如下表所示。‎ 电路状态 时刻 ‎0‎ 电荷量 最大 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 最大 电压 最大 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 最大 电场能 最大 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 最大 电流 ‎0‎ 正向最大 ‎0‎ 反向最大 ‎0‎ 磁场能 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 振荡电路中的电容为30~390 pF，电感为88.6×10–3 H，振荡电路中产生的振荡电流的周期在什么范围内？如果电容器的电容为C1时，电路中的最大电流为I1，保持电容器的最大带电荷量不变，突然将C1减小到C2，电路中的最大电流为I2，试比较I1与I2。‎ ‎【参考答案】1.0×10–6~3.69×10–6 s I2>I1‎ ‎【试题解析】T=2π T1=2π=2×3.14×=1.0×10–6 s T2=2π=2×3.14×=3.69×10–6 s 则其周期的范围为：1.0×10–6~3.69×10–6 s。‎ 当电容器的电容突然减小时，放电速度加快，则周期变小，而一个周期通过电路的电荷量总量不变，所以电流会增大，则I2>I1。 ‎ ‎1．（2018·甘肃省兰州第一中学）下列说法中正确的是 A．红外线易穿透云层，故广泛应用于遥感技术领域 B．医院用X光进行透视，是因为它的穿透能力较强 C．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的 D．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上的快 ‎【答案】ABC ‎2．（2018·浙江省湖州市）如图所示的振荡电路中，某时刻电流的方向为顺时针，则以下判断正确的是 A．若板带正电，则电流在增大 B．若电容器在放电，则电流在减小 C．若电流减小，则线圈两端电压减小 D．若只减小电容，则振荡电流周期变小 ‎【答案】D 考点2 狭义相对论 ‎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．时间间隔的相对性 ‎3．长度的相对性 ‎4．相对论的速度变换公式 ‎5．相对论质量 ‎6．质能方程E=mc2‎ ‎7．对狭义相对论的理解 ‎（1）惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。‎ ‎（2）光速的大小与选取的参考系无关，因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的，无任何前提条件。‎ ‎（3）狭义相对论认为物体的质量m与物体的速度v有关，其关系式为。‎ 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，问：‎ ‎（1）在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？‎ ‎（2）在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？‎ ‎【参考答案】（1）同时接收到 （2）A先接收到 ‎【试题解析】在地面上的观察者看来，光源距离A、B等距，光信号向两电杆传播的速度相同，因此，‎ ‎1．（2018·江苏省南京市六校联合体）接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有 A．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 B．飞船上的人观测到飞船上的钟较快 C．地球上的人观测到地球上的钟较快 D．地球上的人观测到地球上的钟较慢 ‎【答案】BC ‎【解析】飞船上的人是以飞船为参考系，故地球是高速运动的，根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，飞船上的人观测到地球上的钟较慢，即飞船上的人观测到飞船上的钟较快，A错误B正确；地球上的人以地球为参考系，认为飞船高速运动，同样根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，飞船上的钟较慢，故地球上的人观测到地球上的钟较快，C正确D错误。‎ ‎2．（2018·湖南省五市十校）根据相对论判断，下列说法正确的是 A．狭义相对论全面否定了经典力学理论 B．如果物体在地面上静止不动。任何人在任何参考系里测出的物体长度都是一样的 C．真空中的光速在不同的惯性参考系中也是不同的 D．物体运动时的质量总要大于静止时的质量 ‎【答案】D ‎1．（2017·江苏卷）接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有 A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快 B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 C．地球上的人观测到地球上的钟较快 D．地球上的人观测到地球上的钟较慢 ‎【答案】AC ‎【解析】飞船相对地球高速运动，所以地球上的人观测飞船上的时钟较慢，而地球相对飞船高速运动，所以飞船上的人认为地球上的时钟较慢，所以AC正确，BD错误。‎ ‎【名师点睛】本题主要考查狭义相对论时间间隔的相对性，注意运动的相对的，飞船相对地球高速运动，地球也相对飞船高速运动。 ‎ ‎2．（2016·新课标全国Ⅱ卷）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 ‎【答案】ABC ‎【解析】电磁波在真空中的传播速度即为真空中的光速，与频率无关，A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论，B正确；电磁波是横波，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，C正确；电磁波可以通过全反射在光缆中传播，D错误；波源停止振动，波会继续传播，直到能量为零，E错误。‎ ‎3．（2016·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 ‎【答案】A