2012届高三物理总复习课件：12.3电磁波 相对论

第三节电磁波相对论1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场能够在周围空间产生，变化的电场能够在周围空间产生．变化有三种形式:2．电磁场：变化的电场在周围空间产生，变化的磁场在周围空间产生，变化的电场和磁场总是相互联系，形成为一个不可分割，这就是电磁场．基础知识梳理电场磁场一、电磁场均匀变化、非均匀变化、周期性变化磁场电场统一体(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.(3)电磁波本身是一种物质，它具有能量.2．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：第一，要有_________的频率；第二，采用_______电路，使电场和磁场分散到尽可能大的空间．横不需3.0×108足够高开放二、电磁波电磁场(电磁能量)由近及远地传播形成电磁波．1.形成：(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而改变叫______．常用的调制方法有_____和_______两种．使高频振荡的振幅随信号而改变叫做______，经过调幅以后发射出去的无线电波叫做________．使高频振荡的频率随信号而改变叫做______，经过调频以后发射出去的无线电波叫做调频波．调制调幅调频调频调幅波调幅3．无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率______时，激起的振荡电流_____，这就是电谐振现象．相同最强(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做_____，能够调谐的接收电路叫做_______电路．调谐调谐(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做_______．检波是调制的逆过程，也叫做_______．检波解调三、电磁振荡1．振荡电流：2.振荡电路：大小和方向都做迅速变化的电流．周期性产生振荡电流的电路．3．LC振荡电路:由和组成的电路.线圈电容器(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．(T为LC电路的周期，L为线圈自感系数，C为电容器电容)(2)电磁振荡的周期和频率：T＝2πf＝1．电磁波谱：按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱．按波长由长到短排列的电磁波谱为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．2．无线电波：波长大于______(频率小于300GHz)的电磁波是无线电波，主要用于通信和广播．四、电磁波谱1mm3．红外线：红外线是一种光波，波长比无线电波____，比可见光_____，所有物体都会发射________，红外线的主要作用是_____，可用于勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴、寒潮和红外遥感等．4．可见光：5．紫外线：、还具有较高的能量，可以灭菌消毒，太阳光里有许多紫外线，人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收．波长在_________到________之间．短长红外线热效应700nm400nm（引起视觉）化学效应荧光效应γ射线具有很高的能量，能够破坏生命物质，在医学上可以摧毁病变细胞治疗癌症．γ射线的贯穿能力，可用于探测金属内部的缺陷．6．X射线：强能够穿透物质，在医学上，可用于人体内脏透视．贯穿性7.γ射线：更强四、相对论1．经典相对性原理牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫__________，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．力学规律在任何惯性系中都是________．惯性系相同的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，一切物理定律都是_______．(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_______，光速与光源、观测者间的相对运动_____关系．相同的相同的没有3.相对论的质速关系：m＝m01－(vc)2.E＝mc24.相对论的质能关系：(3)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.课堂互动讲练(1)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．一．对电磁波的理解：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二、对电磁波与机械波的区别即时应用1.(2009年高考山东卷)声波和电磁波均可传递信息，且都具有波的共同特征．下列说法正确的是()A．声波的传播速度小于电磁波的传播速度B．声波和电磁波都能引起鼓膜振动C．电磁波都能被人看见，声波都能被人听见D．二胡演奏发出的是声波，而电子琴演奏发出的是电磁波A二、相对论的简单知识1．狭义相对论的两条基本原理(1)狭义相对性原理：物理规律(力学、电磁学、光学等)对于所有惯性系都具有相同的形式．(2)光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关．2．时间和空间的相对性(1)时间间隔的相对性：Δt＝Δt′1－v2c2.(2)长度的相对性：l＝l01－v2c2.3．相对论的速度变换公式：u＝u′＋v1＋u′vc2.4．相对论质量：m＝m01－v2c2.5．质能方程：E＝mc2.6．广义相对论(1)基本原理①广义相对性原理：在任何参考系(包括非惯性系)中，物理规律都是相同的．②等效原理：匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分．(2)广义相对论的预言与证实①时空弯曲．②光线弯曲．③引力红移．即时应用2.(2009年高考江苏卷)如图12－3－1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络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()图12－3－1A．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c解析：选D.根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速是不变的．D项正确．经典题型探究麦克斯韦电磁场理论的理解例1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变化的磁场，变化的磁场周围产生变化电场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【思路点拨】根据麦克斯韦电磁理论内容，抓住“变化”这一核心进行判断．【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与以上类似，故正确答案为D.【答案】D【规律总结】紧紧抓住麦克斯韦电磁场理论的要点，并深刻理解．不变化的电场周围不产生磁场，变化的电场周围一定产生磁场，但如果电场是均匀变化的，产生的磁场是恒定的，如果电场是周期性(振荡)变化的，产生的磁场将是同频率的周期性(振荡)变化的磁场，反之也成立．电磁波的产生及应用解答下列关于电磁波的问题：(1)在如图12－3－2所示振荡电流的图象中，表示电容器充电过程的有________；线圈中有最大电流的点为________；电场能转化为磁场能的过程有________．例2图12－3－2(2)列举下列三种电磁波的一种应用：红外线______________________________紫外线_____________________________X射线______________________________(3)某居住地A位于某山脉的一边，山脉的另一边P处建有一无线电波发射站，如图12－3－3所示．该发射站可发送频率为400MHz的中波和频率为400kHz的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为3×108m/s，求：图12－3－3①该中波和微波的波长各是多少；②发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的；③若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？【思路点拨】解答此题需应用以下几方面知识：(1)LC振荡电路的工作过程和能量转化．(2)各种波长范围的电磁波的应用．(3)波长、频率、波速的关系和传播特点．【解析】(1)电流减小的过程都是充电过程，故充电过程为ab、cd、ef.线圈中有最大电流的点为a、c、e.电容器放电时，电场能转化为磁场能，此时应是电流增大的过程，即bc、de.(2)红外线主要是热作用，如红外线烤箱紫外线有荧光和杀菌作用，如验钞机，消毒．X射线主要是穿透作用，如X射线透视．(3)①由λ＝cf知，λ1＝750m，λ2＝0.75m．②无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象．③频率为400kHz的中波接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显．【答案】见解析【规律总结】(1)电流跟磁场对应，电荷量跟电场对应．而电压跟电荷量变化趋向一致，故据图示电压的变化可得到磁场能的变化．由能量守恒得电场能的变化，再据电流与电场能的对应关系得电流的变化．(2)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．相对论的简单应用惯性系S中有一边长为l的正方形(如图12－3－4所示)，从相对S系沿x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()图12－3－4例3【解析】由l＝l01－(vc)2可知沿速度方向即x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．【答案】C【规律总结】长度收缩效应显示了空间的相对性．不同惯性系中的观测者对同一物体进行观测，测得的结果并不相同．虽然测量结果不同，物体本身并未收缩，长度收缩效应是一种观测结果，在垂直于速度方向的长度基本不变．