【师说】2017届高三物理一轮总复习 (选修3-4)第3章 电磁波 相对论简介课件 新人教版

[要点回顾]知识点一电磁场、电磁波及其传播电磁波的产生、发射和接收1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．3．电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波．(1)电磁波是横波(选填“纵波”或“横波”)，在空间传播不需要介质．(2)v＝λf对电磁波同样适用．(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．4．发射电磁波的条件(1)要有足够高的振荡频率．(2)电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．5．调制：有调幅和调频两种方法．6．电磁波的传播(1)三种传播方式：天波、地波、空间波．(2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3.0×108m/s.7．电磁波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路．(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫作检波，检波是调制的逆过程，也叫作解调．知识点二电磁波谱1．定义：按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱．2．电磁波谱的特性、应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用无线电波3×101110－3波动性强，易发生衍射无线电技术红外线1011～101510－3～10－7热效应红外线遥感可见光101510－7引起视觉照明、摄影紫外线1015～101710－7～10－9化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪X射线1016～101910－8～10－11贯穿性强检查、医用透视γ射线101910－11贯穿本领最强工业探伤、医用治疗知识点三狭义相对论的基本假设质速关系、质能关系相对论质能关系式1．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．2．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＝m01－vc2.(2)物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.3．相对论质能关系：用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc2.[思维诊断](1)电磁波的传播需要介质()(2)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场()(3)无线电波不能发生干涉和衍射现象()(4)波长不同的电磁波在本质上完全相同()(5)相对论的质能关系说明质量和能量是一种对应关系，并不能说质量就是能量()××××√考点电磁波和电磁波谱1.电磁波的传播及波长、频率、波速(1)电磁波本身是一种物质，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)三者关系v＝λf，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f＝12πLC，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ.2．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)的振动产生本质是物质，是电磁现象，是电磁振荡的传播不是物质，是机械振动在介质中的传播不同点传播机理电磁场交替感应质点间相互作用传播介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)描述的量电场强度E与磁感应强度B随时间和空间周期性变化质点的位移x、加速度a随时间和空间周期性变化波的种类横波既有横波也有纵波不同点速度特点由介质和频率决定，在真空中等于光速(c＝3×108m/s)仅由介质决定能量都携带能量并传播能量速度公式v＝λf相同点遵循规律均可发生反射、折射、干涉、衍射等现象3.对电磁波谱的四点说明(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．(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的．(4)电磁波的能量随频率的增大而增大．[例]下列关于电磁波的说法，正确的是()A．电磁波只能在真空中传播B．电场随时间变化时一定产生电磁波C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在[解析]电磁波是电磁场这种物质在空间的传播，它既可在真空中传播，也可在介质中传播，A错误．当电场随时间均匀变化时产生稳定的磁场，稳定的磁场不能再产生电场，故也就不能形成电磁波，B错误．做变速运动的电荷产生变化的磁场，变化的磁场在其周围空间产生变化的电场……电场、磁场交替产生，向外传播的过程就形成了电磁波，C正确．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，D错误．[答案]C变式训练(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________，这就是说明电磁波是________波．(3)目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至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？【解析】(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c＝λf可得：λ1＝cf1＝3.0×108200×106m＝1.5m，λ2＝cf2＝3.0×1081000×106m＝0.3m.②电磁波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＝12vt确定和目标间的距离．【答案】见解析提能微课39狭义相对论1．对“同时”的相对性的理解(1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的．(2)相对论的时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察就不一定是同时发生的．2．对“长度的相对性”的理解：狭义相对论中的长度公式：l＝l01－vc2中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可认为杆沿杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度．3．对“时间间隔的相对性”的理解：时间间隔的相对性公式：Δt＝Δτ1－vc2中Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt则是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫作狭义相对论中的时间膨胀．(动钟变慢)4．对相对论速度变换公式的理解：速度变换公式u＝u′＋v1＋u′vc2.式中u是物体相对静止参考系的速度，v是运动参考系相对静止参考系的速度，u′是物体相对运动参考系的速度(u′与v同向取正值，反之取负值)．[典例]如图所示，沿平直铁路线有间距相等的3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先被照亮C．C先被照亮D．无法判断[解析]因列车沿AC方向以接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生，可知C先被照亮，C正确．[答案]C[点拨]不少同学认为3座铁塔是不动的，所以应是同时被照亮，其实只有观察者不动时才能观察到同时被照亮这一结果．类题拓展如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________．【解析】从飞船A测量时飞船B是静止的，从地面上测量时两飞船都是运动的，由相对论的“尺缩效应”知运动长度要缩短，故从地面测得的飞船间距小．由光速不变原理知光信号的传播速度与参考系是无关的，故A测得该信号的速度仍为光速c.【答案】大于c(或光速)真题检测1．电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是()A．电磁波不能产生衍射现象B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同【解析】电磁波是一种波，可以产生衍射现象，A错误．常用的遥控器用红外光信号来遥控电视，B错误．多普勒效应常用来测量相对运动物体的速度，C正确．光在真空中的速度在各种惯性系中测得的数值相同，D错误．【答案】C2．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同【解析】电磁波、声波都能传递信息，A错误．声波通过空气传给手机话筒，通过手机转为电磁波，B正确．太阳光为电磁波，波速为光速，超声波在空气中的速度为340m/s，在其他介质中会有所改变，但低于光速，C错误．红外线与X射线相比频率低，波长长，D错误．【答案】B3．沿铁道排列的两电线杆正中央安装一闪光装置，光信号到达电线杆甲称为事件1，到达电线杆乙称为事件2.电线杆乙在电线杆甲的右边，在地面上的观察者和向右运动的车厢中的观察者看来，两事件是()A．地面观察者看来，事件1先发生；车厢中观察者看来，事件2与事件1同时发生B．地面观察者看来，事件2先发生；车厢中观察者看来，事件2与事件1同时发生C．地面观察者看来，事件1、2同时发生；车厢中观察者看来，事件2比事件1后发生D．地面观察者看来，事件1、2同时发生；车厢中观察者看来，事件2比事件1先发生【解析】在地面上的观察者看来，光源在两根电线杆的正中央，光信号向两电线杆传播的速度相同，因此，光信号同时到达两电线杆．在运动车厢中的观察者看来，运动车厢是个惯性系，地面和电线杆都在向左运动，光信号向左右两侧传播速度相同(光速不变原理)．在光信号向两侧传播的过程中，地面及两个电线杆都向左运动了一段距离，所以光信号先到达电线杆乙，后到达电线杆甲．【答案】D4．用麦克斯韦的电磁场理论判断，下图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图像是()【解析】周期性变化的磁场，产生周期性变化的电场，它们变化的频率相同但步调不一样，相差14周期．故C正确．【答案】C