十四电磁波_相对论专题复习

高考综合复习——电磁波相对论专题复习高考综合复习——电磁波相对论专题复习第1页高考综合复习——电磁波相对论专题复习总体感知知识网络考纲要求考点要求变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，电磁波及其传播电磁波的产生、发射和接收电磁波谱狭义相对论的基本假设狭义相对论的几个重要结论相对论质能关系式ⅠⅠⅠⅠⅠⅠ高考综合复习——电磁波相对论专题复习高考综合复习——电磁波相对论专题复习第2页命题规律1．2008年高考对本专题的考查不同于往年。往年高考中，纯粹的电磁场和电磁波的题目极少，但以概念的考查和以电磁波为背景来考查波的传播和辐射能量的问题较多，相对论问题很少考查。而今年高考中在江苏单科和海南单科中都对相对论问题作了考查。对电磁波问题，在新课标地区的高考中没有出现。2．高考对本专题的考点多以选择、填空题形式出现。电磁波问题多联系前面波的知识综合考查，相对论问题则多注重基础知识、基本公式的考查。从高考大纲对本专题的要求，以及本专题的知识结构来看，在2009年的高考中，预计纯粹的电磁场和电磁波的题目会很少，但可能会出现以电磁波内容为背景来考查波的传播和辐射能量的问题。相对论部分在新课标地区为选考内容，但作为选修3一4中的一章，出题的可能性比以前增大了。复习策略1．理解麦克斯韦电磁场理论时要注意电场和磁场互相产生的条件（1）变化的磁场产生电场：①均匀变化的磁场产生不变的电场；②非均匀变化的磁场产生变化的电场；③振荡磁场产生同频率的振荡电场。（2）变化的电场产生磁场：①均匀变化的电场产生稳定的磁场；②非均匀变化的电场产生变化的磁场；③振荡电场产生同频率的振荡磁场。（3）变化的电场或磁场不一定能够产生电磁波，因为均匀变化的磁场或电场只能产生稳定的电场或磁场，而稳定的磁场和电场是不能再产生电场或磁场的．故只有非均匀变化的电场或磁场才可能形成电磁波。（4）在LC振荡电路中，电压与振荡电流之间的关系不符合欧姆定律，因振荡电路不是纯电阻电路。2．识记相对论速度变换公式、相对论质量公式和质能方程并能进行简单的理解和应用第一部分电磁波知识要点梳理知识点一——电磁振荡▲知识梳理1．振荡电路能够产生振荡的电流的电路。常见的振荡电路是由一个电感线圈和一个电容器组成，简称LC回路。2．电磁振荡高考综合复习——电磁波相对论专题复习高考综合复习——电磁波相对论专题复习第3页在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及与电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性变化的现象。3．电磁振荡的周期与频率周期，频率由公式可知，改变T和f的大小，可以通过改变电容C或电感L来实现。由知，要改变C的大小，可改变电容器两极板的正对面积S、介电常数或两极板的距离d来实现；改变L的大小，可改变线圈的匝数、长度、线圈的直径或插、拔铁芯来实现。4．阻尼振荡和无阻尼振荡（1）阻尼振荡：振幅逐渐减小的振荡。图像如图（1）所示。（2）无阻尼振荡，振幅不变的振荡。图像如图（2）所示。▲疑难导析1．LC回路中各量的周期性变化电容器放电时，电容器所带电荷量、极板间的场强和电场能均减小，直到零；电路中的电流、线圈产生的磁感应强度和磁场能均增大，直到最大值。充电时，情况相反。电容器正反向充放电一次，便完成一次振荡的全过程。图表示振荡过程中电路中的电流和极板上的电荷量的周期性变化。高考综合复习——电磁波相对论专题复习高考综合复习——电磁波相对论专题复习第4页2．从能量的转化角度分析电磁振荡过程理解电磁振荡过程中各物理量的变化规律，最好从电场能和磁场能相互转化的角度深化认识。电磁振荡的过程实质上是电场能和磁场能相互转化的过程，在这一过程中电容器带电荷量的多少，两板间电压的高低，场强的大小均与电场能的大小相对应；电路中电流的大小、线圈中磁场的强弱与磁场能的大小相对应。明确了这一关系，我们就可以根据电场能、磁场能的变化来判断上述各物理量的变化情况。例如：在电容器放电过程中，电场能转化为磁场能，电场能减小磁场能增大，与电场能相关的电容器的带电荷量、两板间的电压、场强都减小；在与磁场能相关的电路中电流逐渐增大，线圈中的磁场逐渐增强。放电完毕时，电场能为零，磁场能最大，电容器的带电荷量、两板间电压和场强都为零，电路中电流最大，线圈中磁场最强。：一个LC接收电路，若要从接收较高频率的电磁波变到接收较低频率的电磁波，下列调节正确的是（）A．增加谐振线圈的匝数B．在线圈中插入磁芯C．降低电源电压D．把可变电容器的动片适当旋进些答案：ABD解析：LC接收回路的频率，与加在其上的电压无关，C错，线圈的匝数越多，插入铁芯或磁芯，L就越大，谐振频率越低，选项A、B正确，当可变电容器的动片旋进时，正对面积增大，电容增大，也使谐振频率降低，选项D正确。知识点二——电磁场和电磁波▲知识梳理1、电磁场和电磁波的产生（1）麦克斯韦电磁场理论①变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（磁场）；②均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）；③振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）。（2）电磁场和电磁波变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场。电磁场由近及远的传播就形成了电磁波。电磁波的特点：①电磁波是横波。在传播方向的任一点E和B随时间作正弦规律变化，E与B彼此垂直且与传播方向垂直。②电磁波的传播速度，在真空中的传播速度等于光速。高考综合复习——电磁波相对论专题复习高考综合复习——电磁波相对论专题复习第5页③麦克斯韦预言了电磁波的存在。赫兹证实了电磁波，测出了波长和频率，证实传播速度等于光速；验证电磁波能产生反射、折射、衍射和干涉。2、电磁波的发射（1）有效地向外发射电磁波，振荡电路应具备的特点：①要有足够高的振荡频率。理论的研究证明，振荡电路向外界辐射能量的本领与频率的四次方成正比；②振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出来。（2）发射电磁波的目的：传递信息（信号）①调制在无线电应用技术中，首先将音、图像等信息通过声电转换、光电转换等方式转为电信号，这种电信号频率很低，不能用来直接发射电磁波。把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫做调制。其中，使高频振荡的电磁波振幅随信号而改变叫做调幅；使高频振荡的电磁波频率随信号而改变叫做调频。②无线电波的发射由振荡器（常用LC振荡电路）产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上，再藕合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去。特别提醒：无线电技术中使用的电磁波叫无线电波，可分为：长波、中波、中短波、短波和微波。3、电磁波的传播电磁波以横波形式传播，其传播不需要介质，传播方式有天波、地波和空间波（又称直线波）。传播速度和频率、波长的关系为。4、电磁波的接收（1）在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波。（2）通过电谐振实现选台①电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，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：使接收电路发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）通过检波获取信号检波：从高频振荡中“检”出所携带的信号，叫做检波。检波是调制的逆过程，因此检波也叫解调。▲疑难导析1．电磁波与机械波的区别（1）电磁波研究的是电磁现象；机械波研究的是力学现象。（2）电磁波是电场E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化；机械波是质点位移随时间和空间做周期性变化。高考综合复习——电磁波相对论专题复习高考综合复习——电磁波相对论专题复习第6页（3）电磁波传播无需媒质，在真空中波速总是c，在媒质中传播时，波速与媒质及频率都有关系，电磁波是横波；机械波传播需要介质，波速与媒质有关，与频率无关，有横波、纵波。（4）电磁波是由周期性变化的电流（电磁振荡）激发；机械波是由质点（波源）的振动产生。2．关于变化的电磁场的分析思路（1）变化的磁场在周围空间激发的电场，其电场线呈涡旋状，这种电场叫做涡旋电场。涡旋电场与静电场一样，对电荷有力的作用；但涡旋电场又与静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的。在涡旋电场中移动电荷时，电场力做的功与路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。（2）用联系的观点认识规律，变化的磁场产生电场是电磁感应现象的本质。：无线电广播中波段范围是187～560m，为了避免邻近电台干扰，两个电台的频率范围至少应差104Hz，则此波段中最多能容纳的电台数为多少个？解析：根据得，由于两个电台间的频率相差，所以最多可容纳的电台数约为个．知识点三——电磁波谱、电视和雷达▲知识梳理1．电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线合起来构成了范围广阔的电磁波谱，如图所示．特别提醒：波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。2．电视发射端，由摄像管摄取景物并将景物反射的光转换为电信号。由电子枪发出的电子束对屏上的图像进行高考综合复习——电磁波相对论专题复习高考综合复习——电磁波相对论专题复习第7页逐行扫描完成。接收端，由显像管把电信号还原成景物的像。摄像机在一秒钟内要传送25张画面，由于画面更换迅速和视觉暂留，我们就可感觉到活动的影像。在电视信号发送中同时传有图像信号和伴音信号，在调制中，图像信号采取的是调幅，伴音信号采取的是调频。3．雷达雷达是根据电磁波遇到障碍物发生反射工作的，它利用的是无线电波中的微波，它的直线性好，反射性能强。雷达的转动天线，向一定方向发射不连续的无线电波，每次发射时间约百万分之一秒，两次发射的时间间隔大约万分之一秒。若发射接收的时间差是t，则障碍物距离为。▲疑难导析各种电磁波的产生、特性及应用：电磁波产生机理特性应用无线电波LC电路中的周期性振荡波动性强无线技术红外线原子的外层电子受激发后产生的热作用显著，衍射性强加热、高空摄影、红外遥感可见光引起视觉产生色彩效应照明、摄影、光合作用紫外线化学、生理作用显著、能产生荧光效应日光灯、医疗上杀菌消毒、治疗皮肤病、软骨病等伦琴射线原子的内层电子受激发后产生的穿透本领很大医疗透视、工业探伤射线原子核受激发后产生的穿透本领最大探伤；电离作用；对生物组织的物理、化学作用；医疗上杀菌消毒特别提醒：不同电磁波频率和波长不同，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，伦琴射线，射线等，穿透能力较强。：某地的雷达站正在跟踪一架向雷达站匀速飞行的飞机。设某一时刻从雷达站发出电磁波后到再接收到反射波历时200，经4s后又发出一个电磁波，雷达站从发出电磁波到再接收到反射波历时186，则该飞机的飞行速度多大？高考综合复习——电磁波相对论专题复习高考综合复习——电磁波相对论专题复习第8页解析：由电磁波发射到接收到反射波历时200，可算出此时飞机距雷达站的距离为：经4s后，飞机距雷达站的距离为：在这4s时间内飞机飞过的路程为：故飞机飞行的速度为：典型例题透析题型一——电磁振荡的变化规律在LC回路产生振荡电流的过程中，磁场能和电场能之间不断的相互转化着，电容器放电时，电容器电荷量减小，电流增大，电场能转化为磁场能，放电完毕的瞬间，电荷量为零，电流最大，电场能为零，磁场能最大；接着电容器反向充电，这时电流减小，电荷量增大，磁场能转化为电场能，充电完毕的瞬间，电流为零，电荷量达到最大，此时磁场能为零，电场能最大。1、LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法错误的是（）A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大D．若电容器正放电，则自感电动势正在阻碍电流增大思路点拨：该题图示只告诉了电流的磁场方向，由安培定则可判断出振荡电流在电路中的方向，但未标明电容器极板的带电情况，只能设出电容器带电的两种情况及相应的电流变化情况综合讨论解析：进行判定如下：若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器