选修3-4《电磁波与相对论简介》复习课件

一、电磁场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．(1)变化的磁场在空间产生的电场，与自由电荷激发的静电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与空间有无导体、有无闭合电路无关．(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场．“均匀变化”指的是在相等的时间内磁感应强度的变化量相同，即磁感应强度对时间的变化率恒定．二、电磁波的形成和传播特点1．电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播开去，就形成电磁波．2．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验成功地证实了电磁波的存在．3．电磁波的特点(1)电磁波在空间传播不需要介质；(2)电磁波是横波；(3)电磁波传播电磁场的能量．(4)电磁波能发生反射、折射、干涉、衍射现象．4．电磁波在真空中的传播速度为3.0×108m/s.5．电磁波与机械波的区别区别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)在空气中很小(如声波为/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(1)同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中的速度小．(2)不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率高则波速小．(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同，即等于光速．三、电磁振荡1．振荡电流和振荡回路(1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流．(2)振荡电路：产生振荡电流的电路．2．LC振荡电路(1)电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着，这种现象就是电磁振荡．(2)电磁振荡的周期和频率：T＝2πf＝(T为LC电路的周期，L为线圈自感系数，C为电容器电容)(1)在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性变化．(2)对于确定的LC电路，其周期和频率不发生变化．四、无线电波的发射和接收1．发射(1)调制：使电磁波随各种信号而改变的技术．(2)调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变．(3)调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变．2．接收(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟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．(2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．(3)检波或解调：从接收到的高频电流中“检”出所携带的信号，使声音或图象还原出来的过程叫解调．调幅波的解调也叫检波．检波是调制的逆过程．五、电磁波谱的分析应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＞10－3＜3×1011红外线热效应红外线遥感10－3～10－71011～1015可见光引起视觉照明、摄影10－71015紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪10－7～10－91015～1017X射线贯穿性强检查、医用透视10－8～10－111016～1019γ射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗＜10－11＞1019(1)频率和波长不同的电磁波，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)在电磁波谱中，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．六、相对论简介1．经典的相对性原理(1)如果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：m＝(2)物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后质量增大，因此做圆周运动的周期变大，它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器粒子的能量受到了限制．(1)麦克斯韦电磁理论的内容是．(2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是________的，并和该处电磁波的传播方向________，这就说明电磁波是________波．(3)目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz到1000MHz的范围内．请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题：①雷达发射电磁波的波长范围是多少？②能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？熟记麦克斯韦理论及电磁波的特点，记准电磁波v＝λf这一关系，理解雷达工作原理.[解题指导](1)麦克斯韦电磁理论的内容是变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．(2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是垂直的，并和该处电磁波的传播方向垂直，这说明电磁波是横波．(3)①由v＝λf可得：λ1＝＝1.5m，λ2＝＝0.3m.故波长范围是0.3m～1.5m.②雷达测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来确定距离，所以可根据x＝确定和目标间的距离．[答案]见解题指导一个原来静止的电子，经过100V的电压加速后它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？这时能不能使用公式Ek＝m0v2?利用相对论中的质能方程来计算电子速度改变后质量的改变.公式Ek=mv2适用于物质速度较小（远小于光速）时动能的计算.[解题指导]加速后电子的动能是Ek＝eU＝1.6×10－19×100J＝1.6×10－17J因为Ek＝mc2－mec2所以m－me＝因此＝把数值代入，得＝≈2.0×10－4，即质量改变了0.02%.这说明在100V电压加速后，电子的速度与光速相比仍然很小，因此可以用Ek＝mev2这个公式．由Ek＝mev2得电子的速度v＝m/s≈5.9×106m/s.这个速度虽然达到了百万米每秒的数量级，但仅为光速的2%.[答案]1.6×10－17J0.02%5.9×106m/s能