【绿色通道】2012高考物理 电磁波相对论课件课件 新人教版选修3-3

一、电磁场与电磁波1．麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．2．电磁场变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场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)由近及远地传播形成电磁波．(1)电磁波是________波，在空间传播________介质．(2)真空中电磁波的速度为________m/s.二、无线电波的发射和接收(1)发射电磁波的条件：第一，要有足够高的频率；第二，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．(2)调制有________和________两种方式，________是调制的逆过程．三、电磁波谱电磁波谱特性应用真空中波长递变规律无线电波容易发生衍射通信和广播大于1mm红外线热效应红外线遥感小于1mm大于700nm可见光引起视觉照明等400nm到700nm之间紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌灭菌消毒、防伪5nm到370mn之间X射线穿透能力强医用透视、安检0.01nm到10nm之间γ射线穿透能力很强工业探伤、医用治疗小于0.01nm四、相对论的简单知识1．狭义相对论的基本假设(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．2．时间间隔的相对性Δt＝Δτ1－vc23．长度的相对性l＝l01－vc2.4．相对论的速度变换公式u＝u′＋v1＋u′vc25．相对论质量m＝m01－vc2.6．质能方程E＝mc2.答案：一、3.(1)横不需要(2)3.0×108二、(2)调幅调频检波区别电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象产生由变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生纵、横波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340m/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．经典的相对性原理(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(或者说，任何惯性参考系都是平权的)．2．狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对论的两个基本原理a．爱因斯坦相对性原理一切物理定律，在不同的惯性系中是相同的．b．光速不变原理光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都是相同的，与光源、观察者是否相对运动无关．(2)对两个基本原理的正确解释a．自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；b．强调真空中的光速不变，指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向；c．几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变道理．3．“同时”的相对性“同时性”在惯性系中的低速运动时是毫无疑问的．例如：一列火车在做匀速直线运动，在某车厢的中点处点燃一支蜡烛，他看到车厢的前后壁是同时被照亮的，地面上的人也应认为前后壁是同时被照亮的．但根据光速不变原理，当火车的速度接近光速时，地面上的人将认为光先到达车厢后壁，而后到达前壁，这就是“同时”的相对性．“同时”的相对性使得一些我们习以为常的“同时”问题变得不同时了．例如：当听到北京广播电台报时九点整时，在山东的听众将表调整到九点整，他的时间与报时台同时吗？结论是不同时．要判断两者是否同时，必须在山东与北京的中点处判断，当北京发生的事件和山东发生的事件同时到达中点处，这两个事件才是同时的．4．时间和空间的相对性(1)时间间隔的相对性：Δt＝Δτ1－vc2；(2)长度的相对性：l＝l01－vc2.5．相对论速度变换公式若火车相对地面运动速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，人相对地面的速度为u，它们之间的关系为：u＝u′＋v1＋u′vc2.7．质能方程E＝mc2.8．广义相对论的几个结论(1)光线经过强引力场中发生弯曲．(2)引力场的存在使得空间不同的位置的时间进程出现差别，如引力红移现象．(3)杆的长度与引力场有关．6．相对论质量物体以速度v运动时质量m与静止时的质量m0之间的关系式为：m＝m01－vc2关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是()A．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场也能够产生电场B．电磁波和机械波都只能在介质中传播C．电磁波在空间传播时，电磁能也随着一起传播D．电磁波穿过两种介质的分界面时频率会发生改变解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，选项A正确；电磁波可以在真空中传播，而机械波只能在介质中传播，选项B错；波传播时，能量随波一起传播，选项C正确；电磁波穿过两种介质的分界面时频率不变，波长、波速发生改变，选项D错．答案：AC点评：解决此类问题应注意1．电磁波的波速(1)不同电磁波在同一介质传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大．(2)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同，v＝c.2．电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关．跟踪训练1(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？答案：(1)变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场(2)垂直垂直横(3)①0.3mλ1.5m②能解析：(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v＝λf可得：λ1＝vf1＝3.0×108200×106m＝1.5m，λ2＝vf2＝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．某雷达工作时，发射电磁波的波长λ＝20cm，每秒脉冲数n＝5000，每个脉冲持续时间t＝0.02μs.(1)雷达工作时，应用了电磁波中哪个波段？(2)该电磁波的频率为多少？(3)该雷达的最大侦察距离是多少？思路点拨：电磁波在空气中的传播速度可以认为等于光速c，由c＝λf可求频率，根据脉冲波的持续时间，计算雷达发射和反射波的传播距离，从而求出侦察距离．解析：(1)由λ＝20cm，该雷达用的电磁波属于无线电波中的微波波段．(2)根据c＝λff＝cλ＝3×10820×10－2Hz＝1.5×109Hz.(3)电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离s＝cΔt＝c1n－t＝3×108×15000－0.02×10－6m＝6×104m，所以雷达的最大侦察距离s′＝s2＝3×104m＝30km.答案：(1)微波波段(2)1.5×109Hz(3)30km点评：(1)当反射波形与发射波形对应的时间间隔等于发射脉冲的时间间隔时，雷达的侦察距离最大，s＝cΔt/2.(2)要增大雷达的最大侦察距离，必须相应地延长发射脉冲的时间间隔，即减少每秒发射的脉冲数．(3)因电磁波在传播过程中不可避免地要损失能量，因此要提高雷达的侦察能力，增大最大侦察距离，最根本的还在于提高雷达的发射功率．跟踪训练2雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间是1μs，两次发射的时间间隔为100μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示，已知图中ab＝bc，则障碍物与雷达之间距离有多大？答案：7.5×103m解析：本题主要考查了雷达的工作原理．图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab＝bc，可知无线电波从发射到返回所用的时间为50μs.设障碍物与雷达之间的距离为s，由题意可知无线电波来回时间为t＝50μs，由2s＝ct得s＝ct/2＝3.0×108×50×10－6/2m＝7.5×103m.一电子(m0＝9.1×10－31kg)以0.99c的速率运动．问：(1)电子的总能量是多大？(2)电子的经典力学的动能与相对论的动能之比是多大？解析：(1)电子的总能量为：E＝mc2＝m01－vc2·c2＝9.1×10－311－0.99cc2×(3×108)2J≈5.8×10－13J答案：(1)5.8×10－13J(2)0.08(2)电子的经典力学动能为Ek＝12m0v2＝12m0(0.99c)2相对论的动能为：Ek′＝E－E0＝mc2－m0c2EkEk′＝12m00.99c2mc2－m0c2＝12×0.9921－0.99cc2－1≈0.08.点评：质能方程E＝mc2表明物体具有的总能量与它的质量之间存在正比关系，运动物体动能为总能量与静止时的能量差，即Ek＝E－E0＝mc2－m0c2.跟踪训练3把一个静止质量为m0的粒子，由静止加速到0.6c(c为真空中的光速)，需做的功为()A．0.18m0c2B．0.25m0c2C．0.35m0c2D．1.25m0c2答案：B解析：加速到0.6c时，m＝m01－vc2＝1.25m0.粒子的动能为Ek＝(m－m0)c2＝0.25m0c2.1．(2010·北京理综)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答案：A解析：由光速不变原理可知A项正确．2．(2009·天津理综)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答案：B解析：电磁波在真空中也能传播，A错；衍射是一切波所特有的现象，B对；电磁波是横波，横波能发生偏振现象，C错；所有波都能传递信息，D错．3．惯性系S中有一边长为l的正方形(如图所示)，从相对S系沿x轴正方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是()答案：C解析：由l＝l01－vc2可知沿速度方向即x轴正方向的长度变短了，而垂直于速度方向，即y轴上的边长不变，故C对．4．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磁场答案：D解析：雷达是用无线电波来测定物体位置的设备，A不正确；从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫做解调，B不正确；使用紫外线照射时，钞票上用荧光物质印刷的文字发出可见光，C项不正确．5．(2009·江苏单科)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系，则壮壮观测到该光束的传播速度为()A．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c答案：D解析：由光速不变原理可知D项正确．6．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的有()A．恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场B．变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D．均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场答案：BD解析：麦克斯韦的电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场；变化的磁场周围产生电场．对此理论全面正确的理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化的磁场，也可以产生不变化的磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，由变化的磁场产生电场的规律