(江蘇專版)2022年高考物理總復習 第58講 電磁波相對論簡介講義

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1、(江蘇專版)2022年高考物理總復習 第58講 電磁波相對論簡介講義 考情剖析 考查內(nèi)容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 狹義相對論的基本假設 狹義相對論時空觀與經(jīng)典時空觀的區(qū)別、同時的相對性 長度的相對性 質(zhì)能關系 Ⅰ 16年 T12B(1)—選擇,長度的相對性 17年 T12B(1)—選擇,同時的相對性 ,理解 知識整合 一、麥克斯韋電磁場理論                     1.麥克斯韋電磁場理論 (1)變化的磁場(電場)能夠在周圍空間產(chǎn)生________; (2)均勻

2、變化的磁場(電場)能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的________; (3)振蕩的磁場(電場)能夠在周圍空間產(chǎn)生同________的振蕩電場(磁場). 2.電磁場和電磁波:變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的,形成一個不可分割的統(tǒng)一體,即為電磁場.________由近及遠的傳播就形成了電磁波. 3.電磁波的特點 (1)電磁波是________波.在傳播方向的任一點E和B隨時間作正弦規(guī)律變化,E與B彼此垂直且與傳播方向垂直. (2)電磁波的傳播速度v=λf=,在真空中的傳播速度等于________速. (3)________預言了電磁波的存在.________證實了電磁波,測出了波長和頻率,證實傳

3、播速度等于光速;驗證電磁波能產(chǎn)生反射、折射、衍射和干涉. 4.對麥克斯韋電磁場理論的進一步理解 二、電磁波的發(fā)射 1.有效地向外發(fā)射電磁波的振蕩電路應具備的特點 (1)要有足夠高的振蕩________.理論的研究證明,振蕩電路向外界輻射能量的本領與頻率的四次方成正比; (2)振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的________,才能有效地把電磁場的能量傳播出來. 2.發(fā)射電磁波的目的:傳遞信息(信號) 把要傳遞的低頻率電信號“加”到高頻電磁波上,使電磁波隨各種信號而改變叫做調(diào)制.其中,使高頻振蕩的電磁波振幅隨信號而改變叫做________;使高頻振蕩的電磁波頻率隨信號而改

4、變叫做________. 三、電磁波的傳播 電磁波以橫波形式傳播,其傳播不需要________,傳播方式有天波、地波和空間波(又稱直線波).傳播速度和頻率、波長的關系為________. 四、電磁波的接收 使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做____________. 五、電磁波的傳播及波長、頻率、波速 1.電磁波的傳播不需要介質(zhì),可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速). 2.不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越?。? 3.v=λf,f是電磁波的頻率,即為發(fā)射電磁波的LC振蕩電路的頻率f=,改變L或C即可改變f,從而改變電

5、磁波的波長λ. 六、電磁波與機械波的比較 名稱項目 電磁波 機械波 研究對象 電磁現(xiàn)象 力學現(xiàn)象 產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生 波的特點 橫波 縱波或橫波 波速 在真空中等于光速(很大)(c=3×108 m/s) 在空氣中不大(如聲波波速一般為340 m/s) 介質(zhì)需要 不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播) 必須有介質(zhì)(真空中不能傳播) 能量傳播 電磁能 機械能 七、電磁波譜 1.無線電波、________、可見光、________、倫琴射線、γ射線合起來構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜,如圖所示. 說明:波長從大到小排列

6、順序為:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線.各種電磁波中,除可見光以外,相鄰兩個波段間都有____________. 2.電磁波譜的特性、應用 電磁波譜 頻率/Hz 真空中波長/m 特性 應用 遞變規(guī)律 無線電波 <3×1011 >10-3 波動性強, 易發(fā)生衍射 無線電技術 紅外線 1011~1015 10-3~10-7 紅外線遙感 可見光 1015 10-7 引起視覺 照明、攝影 紫外線 1015~1017 10-7~10-9 化學效應、能殺菌 醫(yī)用消毒、防偽

7、 X射線 1016~1019 10-8~10-11 貫穿性強 檢查、醫(yī)用透視 γ射線 >1019 <10-11 貫穿本領最強 工業(yè)探傷、醫(yī)用治療 ,衍射能力減弱 直線傳播能力增強  3.對電磁波譜的兩點說明 (1)波長不同的電磁波,表現(xiàn)出不同的特性.其中波長較長的無線電波和紅外線等,易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象;波長較短的紫外線、X射線、γ射線等,穿透能力較強. (2)電磁波譜中,相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線,如紫外線和X射線,X射線和γ射線都有重疊. 八、經(jīng)典時空觀 1.慣性參考系 凡是牛頓定律成立的參考系,稱為慣性參考系,簡稱慣性系. 2.

8、伽利略相對性原理 對于所有的慣性系,力學規(guī)律都是相同的. 3.經(jīng)典時空觀(絕對時空觀) 時間和空間彼此獨立、互不關聯(lián),且不受物質(zhì)或運動的影響. 4.經(jīng)典力學的幾個基本結(jié)論 (1)同時的絕對性; (2)時間間隔的絕對性; (3)空間距離的絕對性. 九、狹義相對論的兩個基本假設 1.狹義相對論原理:在不同的慣性參考系中,一切物理定律都是________的. 2.光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是________的. 十、狹義相對論的時空觀 1.________的相對性; 2.________的相對性. (1)一條沿自身長度方向運動的桿,其長度總比桿靜止時

9、的長度小. (2)在垂直于運動方向上,桿的長度沒有變化. (3)長度的變短是相對的.如果兩條平行的桿在沿自己的長度方向做相對運動,與它們一起運動的兩位觀察者都會認為對方的桿縮短了. 3.時間間隔的相對性 十一、質(zhì)能方程 物體是具有能量的,并且物體的能量與其本身的質(zhì)量有關,且關系為________,其中m是物體的質(zhì)量,E是物體具有的能量. 方法技巧 釋難答疑的金鑰匙 考點1 麥克斯韋電磁場理論的基本思想 【典型例題1】 根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,以下敘述中不正確的是(  )                     A.教室中開亮的日光

10、燈周圍空間必有磁場和電場 B.工作時打點計時器必有磁場和電場 C.穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,穩(wěn)定的磁場激發(fā)穩(wěn)定的電場 D.電磁波在傳播過程中,電場方向、磁場方向和傳播方向三者互相垂直 考點2 電磁波的特點 【典型例題2】 下列說法中正確的是(  ) A.電磁波在真空中以光速c傳播 B.在空氣中傳播的聲波是橫波 C.聲波只能在空氣中傳播 D.光需要介質(zhì)才能傳播 考點3 電磁波譜 【典型例題3】 電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應用了.下面正確的是(  ) A.雷達是利用聲波的反射來測定物體位置的 B.銀行的驗鈔機和家用電器的遙控器發(fā)

11、出的光都是紫外線 C.微波爐能快速加熱食物是利用紅外線具有顯著的熱效應 D.機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀是利用X射線的穿透本領 考點4 狹義相對論 【典型例題4】 用相對論的觀點判斷,下列說法不正確的是(  ) A.時間和空間都是絕對的,在任何參考系中一個事件發(fā)生的時間和一個物體的長度總不會改變 B.在地面上的人看來,以6 km/s的速度運動的飛船中的時鐘會變慢,但是飛船中的宇航員卻看到時鐘是準確的 C.在地面上的人看來,以6 km/s的速度運動的飛船在運動方向上會變窄,而飛船中的宇航員卻感覺到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些 D.當物體運

12、動的速度v?c時,“時間膨脹”和“長度收縮”效果可忽略不計  1.(16年江蘇高考)一艘太空飛船靜止時的長度為30 m,它以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球,下列說法正確的是(  ) A.飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m B.地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m C.飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于c D.地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c  2.(17年江蘇高考)(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘,飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢,下列說法正確的有(  ) A.飛船上的人觀測到飛

13、船上的鐘較快 B.飛船上的人觀測到地球上的鐘較慢 C.地球上的人觀測到地球上的鐘較快 D.地球上的人觀測到飛船上的鐘較慢 當堂檢測  1.(多選)下列說法正確的是(  )                     A.麥克斯韋提出電磁場理論,并用實驗證實了電磁波的存在 B.變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場,變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場 C.隨身攜帶的移動電話既有電磁波接收裝置,同時又有電磁波發(fā)射裝置 D.聲音信號需要經(jīng)過“調(diào)制”過程,加到高頻的電磁波上才能發(fā)射出去 2.現(xiàn)代生活中,人們已更多地與電磁波聯(lián)系在一起,并且越來越依賴于電磁波,關于電磁

14、場和電磁波,以下說法正確的是(  ) A.把帶電體和永磁體放在一起,即可以在其周圍空間中產(chǎn)生電磁波 B.手機、電視、光纖通信都是通過電磁波來傳遞信息的 C.醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了電磁波的反射原理 D.車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用紅外線實現(xiàn)成像的 3.(多選)以速度u高速遠離地球的宇宙飛船發(fā)出頻率為ν的單色光,已知真空中光速為c,則(  ) 第3題圖 A.該光相對飛船的速度等于c-u B.該光相對飛船的速度等于c C.地球上接受到該光的頻率大于ν D.地球上接受到該光的頻率小于ν 4.如圖所示,沿平直鐵

15、路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛,當鐵塔B發(fā)出一個閃光,列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是(  ) 第4題圖 A.同時被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.無法判斷 5.(16年南京模擬)如圖所示,寬度為l的宇宙飛船沿其長度方向以速度v(v接近光速c)遠離地球,飛船發(fā)出頻率為ν的單色光.地面上的人接收到光的頻率________(選填“大于”、“等于”或“小于”)ν,看到宇宙飛船寬度________(選填“大于”、“等于”或“小于”)l. 第5題圖 第58講 電磁波 相對論簡介 知識整合 基礎自測

16、 一、1.(1)電場(磁場) (2)電場(磁場) (3)頻率 2.電磁場 3.(1)橫 (2)光 (3)麥克斯韋 赫茲 二、1.(1)頻率 (2)空間 2.調(diào)幅 調(diào)頻 三、介質(zhì) c=λf 四、調(diào)諧 七、1.紅外線 紫外線 重疊 九、1.相同 2.相同 十、1.同時 2.長度 十一、E=mc2 方法技巧 ·典型例題1· C 【解析】 教室中開亮的日光燈、工作時打點計時器用的振蕩電流,在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場和電場,故選項A、B正確;穩(wěn)定的電場不會產(chǎn)生磁場,故選項C錯誤;電磁波是橫波,電場方向、磁場方向和傳播方向相互垂直,故選項D正確. ·典型例題2·A 【解析】 電

17、磁波在真空中的傳播速度與光在真空中傳播速度相等,都等于光速c,故A正確;在空氣中傳播的聲波是縱波,故B 錯誤;聲波不僅在空氣中可以傳播,在其他介質(zhì)中也可以傳播,故C 錯誤;光在真空中也可以傳播,不需要介質(zhì),故D錯誤. ·典型例題3·D 【解析】 雷達是利用微波的反射來測定物體位置的,A錯誤.遙控器采用的是紅外線不是紫外線;故B錯誤;微波爐是利用了微波的頻率與水的頻率相接近,從而使水振動而發(fā)熱的;故C錯誤;機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀是利用X射線的穿透本領;故D正確;故選D. ·典型例題4·A 【解析】 由相對論知,時間和空間都是相對的,所以A項不正確. ·變式訓練1·B 【解析】

18、 飛船上的觀測者測得該飛船的長度是靜止時的長度,等于30 m,故A錯誤;地球上的觀測者測得該飛船的長度l=l0=24 m,所以B正確;根據(jù)狹義相對論的光速不變原理,飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度等于c,地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度也等于c,故C、D錯誤. ·變式訓練2·AC 【解析】 飛船相對于地球高速運動,所以地球上的人觀察飛船的時間較慢,而地球相對于飛船高速運動,所以飛船上的人認為地球上的時鐘較慢,所以A、C正確,B、D錯誤. 當堂檢測 1.CD 【解析】 麥克斯韋提出電磁場理論,赫茲用實驗證實了電磁波的存在,選項A錯誤;變化的電場一定產(chǎn)生磁場,變化的磁場一定產(chǎn)

19、生電場,選項B錯誤;移動電話能夠收到信息,同時也能發(fā)出信息;故既有電磁波接收裝置,同時又有電磁波發(fā)射裝置;故C正確;聲音信號需要經(jīng)過“調(diào)制”過程,加到高頻的電磁波上形成載波信號才能發(fā)射出去,故D正確;故選CD. 2.B 【解析】 要產(chǎn)生電磁波,必須要有變化的磁場與變化的電場,即電磁場,電磁場在介質(zhì)中傳播產(chǎn)生電磁波,A錯誤;通過電磁波可以實現(xiàn)各種通信,B正確;“B超”是利用了超聲波的反射原理,C錯誤;車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置是利用X射線實現(xiàn)成像的,D錯誤. 3.BD 【解析】 由光速不變原理可知,該光相對飛船的速度等于c,選項B正確,A錯誤;根據(jù)多普勒效應,因飛船遠離地球,則地球上接受到該光的頻率小于ν,選項C錯誤,D正確.故選BD. 4.C 【解析】 由相對論知從B發(fā)出的光到C、A的光速相同.相對車內(nèi)的觀察者而言,A、B、C向左運動,所以C先被照亮,C對. 5.小于 等于 【解析】 當遠離地球時,由于多普勒效應,地面上的人接收到光的頻率小于飛船發(fā)出光的頻率. 在地面上看宇宙飛船,由于“尺縮效應” 沿運動方向的長度小,但垂直于運動方向的寬度不變,仍為l.

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