2014年高考物理三轮冲刺 专题十七 电磁波 相对论简介课件.ppt

1、专题十七电磁波相对论简介1.变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波及其传播2.电磁波的产生、发射和接收3.电磁波谱4.狭义相对论的基本假设5.质速关系、质能关系6.相对论质能关系式1.了解麦克斯韦电磁场理论和电磁波的发现过程.2.了解LC振荡电路及电磁波的产生及传播，电磁波的发射和接收.3.知道电磁波谱及各种频率范围内电磁波的不同用途.4.了解狭义相对论及广义相对论的简单知识.5.本章知识的考查主要是对麦克斯韦电磁场理论、电磁波谱及其应用、相对论简单知识的考查，一般是以选择题的形式出现，在复习本章时要侧重对基本概念、基本规律的理解.麦克斯韦电磁场理论【典例1】(2010天津高考)下列关

2、于电磁波的说法正确的是()A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场B.电磁波在真空和介质中传播速度相同C.只要有电场和磁场，就能产生电磁波D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播【审题视角】解答本题时应注意以下两点：【关键点】(1)弄清电磁场理论及电磁波产生的条件.(2)掌握电磁波传播的规律.【精讲精析】可通过以下表格逐项进行分析：答案:A选项过程分析结论A不管磁场如何变化，只要是变化的磁场就可以在空间产生电场，均匀变化的磁场能够在空间产生电场且产生恒定的电场.B电磁波的传播速度与介质和频率有关，相同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同.C只有周期性变化的电场(磁场)才能产生电磁波.D电磁波只有在同

3、种均匀介质中才沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿曲线传播的.【命题人揭秘】电磁场问题的两点提醒(1)变化的电场(磁场)周围产生磁场(电场)，均匀变化的电场(磁场)周围产生恒定磁场(电场)，周期性变化的电场(磁场)周围产生周期性变化磁场(电场).(2)电磁波在介质中的传播速度不仅与电磁波的频率有关，还与介质有关.电磁波的应用【典例2】(2009四川高考)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

4、变化的磁场【审题视角】明确与电磁波有关的设备的工作原理是解题的关键，解答时需结合电磁波在不同波段的特性进行分析.【精讲精析】雷达是根据无线电波测定物体位置的，A错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，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,故B错误；用紫外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，利用了紫外线的荧光效应，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场可以产生磁场、变化的磁场可以产生电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场.D正确.答案:D【命题

5、人揭秘】关于电磁波的应用应关注的三个问题(1)频率和波长不同的电磁波，表现出不同的特性.(2)电磁波谱中，不同波段的电磁波产生的机理不同.(3)实际应用当中，不同现象利用了电磁波的不同特性，研究问题时要格外注意.电磁波谱【典例3】(2010上海高考)电磁波包含了射线、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、射线B.红外线、无线电波、射线、紫外线C.射线、红外线、紫外线、无线电波D.紫外线、无线电波、射线、红外线【审题视角】明确电磁波谱排列的特点及顺序.【精讲精析】电磁波波长由长到短或频率由低到高的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线

6、、射线，故选项B、C、D错误，选项A正确.答案:A【命题人揭秘】与电磁波有关的两个重要结论(1)波长(或频率)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、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射线和射线都有重叠，但它们产生的机理不同.相对论的简单应用【典例4】(2011江苏高考)如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()A.同时被照亮B.A先

7、被照亮C.C先被照亮D.无法判断【审题视角】解答本题时应注意以下两点：【关键点】(1)狭义相对论的两个基本原理；(2)运动的相对性.【精讲精析】当铁塔B发出一个闪光，同时到达A、C两铁塔被反射，但列车沿AC方向以接近光速行驶，由于列车在这段时间内靠近C而远离A，经铁塔A反射的光相对列车的速度小于经铁塔C反射的光相对列车的速度，由于运动速度很大，而观测者到A、C的距离相对速度来说很小可认为相等，则运动时间主要由速度决定，所以经铁塔C反射的光先到达观测者，看到C先被照亮，C正确.答案：C【阅卷人点拨】失分提示两种时空观的对比和理解：经典时空观与相对论时空观主要表现在物体质量是否随速度变化而变化及质

8、量与能量的关系上.高速的界定是与光速相比较,106 m/s以上的速度一般可认为是高速.备考指南(1)理解并牢记相对论的基本假设.(2)注意对几个关系式的物理含义的理解和区别.无线电波测速【典例5】(2008上海高考)生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆，这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无线电波也具有这种效应.图中的测速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波.由于车辆的运动，接收的无线电波频率与发出时不同.利用频率差f接收-f发出就能计算出车辆的速度.已知发出和接收的频率间关系为:f接收式中c为真空中的光速，若f发出=2109 Hz，f接收-f

9、发出=400 Hz，可知被测车辆的速度大小为 _ m/s.【审题视角】解答本题时应注意以下两点：【关键点】(1)弄清题目设计的新情景和所反映的物理现象.(2)由题目给出的具体条件进行分析求解.【精讲精析】本题首先应根据题目理清各量的关系，然后根据题意得出关系式：由上式求解得到答案:30【命题人揭秘】本题是以实际生活为例设计新情景，题目难度不大，要能顺利解决此问题，应该利用题目给的新的关系式求解，此题体现了“即学即用”的思想.电磁波与机械波的区别【典例6】(2009北京高考)类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率.在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处

10、.某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是()A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D.机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波【审题视角】解答本题时应注意以下三点：【关键点】(1)电磁波不同于机械波，机械波传播必须有介质，而电磁波传播不需介质.(2)明确波的特性以及波速、波长、频率间的关系.(3)电磁波只有横波.【精讲精析】波长、波速、频率的关系式v=f对任何波都是成立的，故A选项正确；干涉和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，这些特性都具有，故B项正确；机

11、械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的传播需要介质，而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的，所以电磁波传播不需要介质，故C项正确；机械波既有横波又有纵波，但是电磁波只能是横波，其依据就是电磁波能够发生偏振现象，偏振现象是横波才有的，D项错误.故选D.答案:D【阅卷人点拨】失分提示认为机械波的波速公式v=f不适用于电磁波，易错选A项.对机械波的波速仅取决于介质，而电磁波的波速与介质及频率均有关系认识不够，易错选C项.备考指南(1)复习过程中要注意波的特有性质，不论机械波还是电磁波都具有波的特性.(2)对机械波与电磁波的产生要有清晰的认识.电磁场与电磁波的应用高考指数:1.(2

12、010新课标全国卷)在电磁学发展过程中，许多科学家做出了贡献.下列说法正确的是()A.奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象B.麦克斯韦预言了电磁波；楞次用实验证实了电磁波的存在C.库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值D.安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律【解析】选A、C.奥斯特发现了电流磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，A正确.麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，B错误.库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，C正确.洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律，安培发现了磁场对

13、电流的作用规律，D错误.2.(2009天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是()A.电磁波必须依赖介质传播B.电磁波可以发生衍射现象C.电磁波不会发生偏振现象D.电磁波无法携带信息传播【解析】选B.电磁波在真空中也能传播，A错误；衍射是一切波所具有的特性，B正确；电磁波是横波，横波能发生偏振现象，C错误；所有波都能传递信息，D错误.【方法技巧】分析电磁波问题的方法分析电磁波问题应明确电磁波与机械波的区别,具体比较如下: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名称项目电 磁 波机 械 波波速在真空中等于光速

14、(很大)(c=3108 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3.(2009上海高考)任何物体都向外辐射电磁波.对于温度为T的黑体，辐射最长的电磁波波长为m，m与T之间满足公式：mT=常量.如果把人体表面当成黑体表面，则人体表面温度为305 K时，人体辐射最强的电磁波波长为9.5 m.作为黑体的宇宙空间的温度为3 K，宇宙空间辐射最强的电磁波波长为()A.1.1 mB.9.6 m C.101.3 m D.965.8 m【解析】选D.由mT=常量，得3059.5=3m，解得m=965.8 m，故

15、A、B、C错误，D项正确.狭义相对论问题高考指数:4.(2010北京高考)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.狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D错误.【误区警示】有些学生将狭义相对论的两个基本假设与时间间隔的相对性、相对论质能关系相混淆,而误选B、D两选项.复习时应熟记相对论的相关规律,对正确求解相对论问题至关重要.5.(2009广

16、东高考)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步.下列表述正确的是()A.牛顿发现了万有引力定律B.洛伦兹发现了电磁感应定律C.光电效应证实了光的波动性D.相对论的创立表明经典力学已不再适用【解析】选A.牛顿发现了万有引力定律，A正确；电磁感应定律是法拉第发现的，B错误；光电效应证实了光的粒子性，C错误；相对论和经典力学研究的领域不同，不能说相对论的创立表明经典力学已不再适用，D错误.6.(2009江苏高考)如图所示，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

17、络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.1.0c【解析】选D.根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变.故A、B、C错误，D项正确.电磁场与电磁波1.麦克斯韦电磁场理论2.电磁场变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场.3.对电磁波的理解(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波.(2)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).(3)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.(4)vf，

18、f是电磁波的频率.【名师点睛】1.电磁波与机械波的区别(1)电磁波可以在真空中传播，也可以在介质中传播.(2)机械波的波速仅取决于介质，而电磁波的波速与介质及波的频率均有关系.(3)机械波可以是横波也可以是纵波，电磁波只能是横波.2.电磁波与机械波相同之处(1)都属于波,都能发生干涉、衍射等波特有的现象.(2)波长、波速和频率的关系式v=f 对两种波都适用.无线电波的发射与接收1.无线电波的发射(1)要向外发射无线电波，振荡电路必须具有如下特点：要有足够高的振荡频率；采用开放电路，使电场和磁场分散到尽可能大的空间.(2)利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号而改变.使无线电波随各种信号

19、而改变的技术叫做调制.常用的调制方法有调幅和调频两种.使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅，经过调幅以后发射出去的无线电波叫做调幅波.使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频，经过调频以后发射出去的无线电波叫做调频波.在无线电波的发送中必须有振荡器、调制器、天线和地线，还要用到放大器.2.无线电波的接收(1)电谐振现象:当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相同时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象.(2)调谐:使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐.(3)调谐电路:能够调谐的接收电路叫做调谐电路.(4)检波: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

20、调.(5)简单收音机通常包括调谐、高频放大、检波、低频放大四个主要部分.【状元心得】1.调制与解调的区别(1)调制是在电磁波的发射过程中，使无线电波随各种信号而改变的过程.(2)解调是从接收到的高频振荡中分检出来所携带的信号的过程.(3)调制与解调分别属于电磁波的发射与接收两个过程，两者有本质的区别.2.调幅与调频的区别(1)调幅是让高频电磁波的振幅随信号的强弱变化而变化的调制过程.一般的，广播电台的中波、短波广播以及电视广播中的图像信号都是采用调幅波.(2)调频是让高频电磁波的频率随信号变化而变化的调制过程.一般的，广播电台的立体声广播以及电视广播中的伴音广播都是采用调频波.电磁波谱的分析应

21、用电磁波谱特性应用真空中波长/m频率/Hz递变规律无线电波波动性强,易发生衍射无线电技术10331011波长减小频率增大红外线热效应红外线遥感10310710111015可见光引起视觉照明、摄影1071015紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪10710910151017X射线贯穿性强检查、医用透视108101110161019射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗10111019【名师点睛】(1)利用各电磁波的贯穿本领，频率越高穿透本领越强，射线比X射线贯穿本领更强.(2)红外线热效应和衍射遥感作用；紫外线杀菌消毒作用和荧光作用.(3)无线电波、红外线、紫外线、X射线、射线都是不可见光

22、.相对论简介1.经典相对性原理(1)牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫惯性系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系.(2)伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的.2.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.3.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：(2)物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.4.相对论质能关系用m表示物

23、体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：Emc2.5.时间间隔的相对性：当从地面观察以速度v前进的火车时，车上的时间进程变慢了，不仅时间变慢了，物理、化学和生命的过程都变慢了.这称为时间膨胀.6.长度的相对性：相对地面以速度v运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短的越多.l=l07.相对论速度叠加公式：以高速火车为例，车对地的速度为v，车上的人以u的速度沿火车前进的方向相对火车运动，则人对地的速度若人相对火车反向运动，则u取负值.根据此式，若uc，则uc，那么光速在任何惯性系中都是相同的.【名师点睛】理解质能关系时应注意1.质量和能量是物体不可分离的属性.当物体的质量减少或增加时，必然伴随着能量的减少或增加.如果用m表示物体质量的变化量，E表示能量的变化量，那么它们的关系可以表示为E=mc2.该式表示，随着一个物体质量的减少，会释放出一定的能量；与此同时，另一个物体吸收了能量，质量也会随之增加.2.某个静质量为m0的物体，相对它静止的观测者测其质量为m=m0；能量为E=mc2=m0c2，记作E0=m0c2，称为静能量.这表明任何静质量不为零的物体，都贮存着巨大的能量.当某物体受到高能量的作用而发生静质量变化m0时，就会释放出巨大的能量E0=m0c2.