(江蘇專版)2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第58講 電磁波相對(duì)論簡(jiǎn)介講義
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1、(江蘇專版)2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第58講 電磁波相對(duì)論簡(jiǎn)介講義 考情剖析 考查內(nèi)容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 狹義相對(duì)論的基本假設(shè) 狹義相對(duì)論時(shí)空觀與經(jīng)典時(shí)空觀的區(qū)別、同時(shí)的相對(duì)性 長(zhǎng)度的相對(duì)性 質(zhì)能關(guān)系 Ⅰ 16年 T12B(1)—選擇,長(zhǎng)度的相對(duì)性 17年 T12B(1)—選擇,同時(shí)的相對(duì)性 ,理解 知識(shí)整合 一、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論 1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論 (1)變化的磁場(chǎng)(電場(chǎng))能夠在周圍空間產(chǎn)生________; (2)均勻
2、變化的磁場(chǎng)(電場(chǎng))能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的________; (3)振蕩的磁場(chǎng)(電場(chǎng))能夠在周圍空間產(chǎn)生同________的振蕩電場(chǎng)(磁場(chǎng)). 2.電磁場(chǎng)和電磁波:變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體,即為電磁場(chǎng).________由近及遠(yuǎn)的傳播就形成了電磁波. 3.電磁波的特點(diǎn) (1)電磁波是________波.在傳播方向的任一點(diǎn)E和B隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化,E與B彼此垂直且與傳播方向垂直. (2)電磁波的傳播速度v=λf=,在真空中的傳播速度等于________速. (3)________預(yù)言了電磁波的存在.________證實(shí)了電磁波,測(cè)出了波長(zhǎng)和頻率,證實(shí)傳
3、播速度等于光速;驗(yàn)證電磁波能產(chǎn)生反射、折射、衍射和干涉. 4.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的進(jìn)一步理解 二、電磁波的發(fā)射 1.有效地向外發(fā)射電磁波的振蕩電路應(yīng)具備的特點(diǎn) (1)要有足夠高的振蕩________.理論的研究證明,振蕩電路向外界輻射能量的本領(lǐng)與頻率的四次方成正比; (2)振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的________,才能有效地把電磁場(chǎng)的能量傳播出來(lái). 2.發(fā)射電磁波的目的:傳遞信息(信號(hào)) 把要傳遞的低頻率電信號(hào)“加”到高頻電磁波上,使電磁波隨各種信號(hào)而改變叫做調(diào)制.其中,使高頻振蕩的電磁波振幅隨信號(hào)而改變叫做________;使高頻振蕩的電磁波頻率隨信號(hào)而改
4、變叫做________. 三、電磁波的傳播 電磁波以橫波形式傳播,其傳播不需要________,傳播方式有天波、地波和空間波(又稱直線波).傳播速度和頻率、波長(zhǎng)的關(guān)系為________. 四、電磁波的接收 使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程叫做____________. 五、電磁波的傳播及波長(zhǎng)、頻率、波速 1.電磁波的傳播不需要介質(zhì),可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速). 2.不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越?。? 3.v=λf,f是電磁波的頻率,即為發(fā)射電磁波的LC振蕩電路的頻率f=,改變L或C即可改變f,從而改變電
5、磁波的波長(zhǎng)λ. 六、電磁波與機(jī)械波的比較 名稱項(xiàng)目 電磁波 機(jī)械波 研究對(duì)象 電磁現(xiàn)象 力學(xué)現(xiàn)象 產(chǎn)生 由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生 由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生 波的特點(diǎn) 橫波 縱波或橫波 波速 在真空中等于光速(很大)(c=3×108 m/s) 在空氣中不大(如聲波波速一般為340 m/s) 介質(zhì)需要 不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播) 必須有介質(zhì)(真空中不能傳播) 能量傳播 電磁能 機(jī)械能 七、電磁波譜 1.無(wú)線電波、________、可見(jiàn)光、________、倫琴射線、γ射線合起來(lái)構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜,如圖所示. 說(shuō)明:波長(zhǎng)從大到小排列
6、順序?yàn)椋簾o(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線.各種電磁波中,除可見(jiàn)光以外,相鄰兩個(gè)波段間都有____________. 2.電磁波譜的特性、應(yīng)用 電磁波譜 頻率/Hz 真空中波長(zhǎng)/m 特性 應(yīng)用 遞變規(guī)律 無(wú)線電波 <3×1011 >10-3 波動(dòng)性強(qiáng), 易發(fā)生衍射 無(wú)線電技術(shù) 紅外線 1011~1015 10-3~10-7 紅外線遙感 可見(jiàn)光 1015 10-7 引起視覺(jué) 照明、攝影 紫外線 1015~1017 10-7~10-9 化學(xué)效應(yīng)、能殺菌 醫(yī)用消毒、防偽
7、 X射線 1016~1019 10-8~10-11 貫穿性強(qiáng) 檢查、醫(yī)用透視 γ射線 >1019 <10-11 貫穿本領(lǐng)最強(qiáng) 工業(yè)探傷、醫(yī)用治療 ,衍射能力減弱 直線傳播能力增強(qiáng) 3.對(duì)電磁波譜的兩點(diǎn)說(shuō)明 (1)波長(zhǎng)不同的電磁波,表現(xiàn)出不同的特性.其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無(wú)線電波和紅外線等,易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象;波長(zhǎng)較短的紫外線、X射線、γ射線等,穿透能力較強(qiáng). (2)電磁波譜中,相鄰兩波段的電磁波的波長(zhǎng)并沒(méi)有很明顯的界線,如紫外線和X射線,X射線和γ射線都有重疊. 八、經(jīng)典時(shí)空觀 1.慣性參考系 凡是牛頓定律成立的參考系,稱為慣性參考系,簡(jiǎn)稱慣性系. 2.
8、伽利略相對(duì)性原理 對(duì)于所有的慣性系,力學(xué)規(guī)律都是相同的. 3.經(jīng)典時(shí)空觀(絕對(duì)時(shí)空觀) 時(shí)間和空間彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián),且不受物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的影響. 4.經(jīng)典力學(xué)的幾個(gè)基本結(jié)論 (1)同時(shí)的絕對(duì)性; (2)時(shí)間間隔的絕對(duì)性; (3)空間距離的絕對(duì)性. 九、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 1.狹義相對(duì)論原理:在不同的慣性參考系中,一切物理定律都是________的. 2.光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是________的. 十、狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 1.________的相對(duì)性; 2.________的相對(duì)性. (1)一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿,其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)
9、的長(zhǎng)度小. (2)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上,桿的長(zhǎng)度沒(méi)有變化. (3)長(zhǎng)度的變短是相對(duì)的.如果兩條平行的桿在沿自己的長(zhǎng)度方向做相對(duì)運(yùn)動(dòng),與它們一起運(yùn)動(dòng)的兩位觀察者都會(huì)認(rèn)為對(duì)方的桿縮短了. 3.時(shí)間間隔的相對(duì)性 十一、質(zhì)能方程 物體是具有能量的,并且物體的能量與其本身的質(zhì)量有關(guān),且關(guān)系為________,其中m是物體的質(zhì)量,E是物體具有的能量. 方法技巧 釋難答疑的金鑰匙 考點(diǎn)1 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想 【典型例題1】 根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,以下敘述中不正確的是( ) A.教室中開亮的日光
10、燈周圍空間必有磁場(chǎng)和電場(chǎng) B.工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必有磁場(chǎng)和電場(chǎng) C.穩(wěn)定的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),穩(wěn)定的磁場(chǎng)激發(fā)穩(wěn)定的電場(chǎng) D.電磁波在傳播過(guò)程中,電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和傳播方向三者互相垂直 考點(diǎn)2 電磁波的特點(diǎn) 【典型例題2】 下列說(shuō)法中正確的是( ) A.電磁波在真空中以光速c傳播 B.在空氣中傳播的聲波是橫波 C.聲波只能在空氣中傳播 D.光需要介質(zhì)才能傳播 考點(diǎn)3 電磁波譜 【典型例題3】 電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應(yīng)用了.下面正確的是( ) A.雷達(dá)是利用聲波的反射來(lái)測(cè)定物體位置的 B.銀行的驗(yàn)鈔機(jī)和家用電器的遙控器發(fā)
11、出的光都是紫外線 C.微波爐能快速加熱食物是利用紅外線具有顯著的熱效應(yīng) D.機(jī)場(chǎng)、車站用來(lái)檢查旅客行李包的透視儀是利用X射線的穿透本領(lǐng) 考點(diǎn)4 狹義相對(duì)論 【典型例題4】 用相對(duì)論的觀點(diǎn)判斷,下列說(shuō)法不正確的是( ) A.時(shí)間和空間都是絕對(duì)的,在任何參考系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變 B.在地面上的人看來(lái),以6 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變慢,但是飛船中的宇航員卻看到時(shí)鐘是準(zhǔn)確的 C.在地面上的人看來(lái),以6 km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄,而飛船中的宇航員卻感覺(jué)到地面上的人看起來(lái)比飛船中的人扁一些 D.當(dāng)物體運(yùn)
12、動(dòng)的速度v?c時(shí),“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效果可忽略不計(jì) 1.(16年江蘇高考)一艘太空飛船靜止時(shí)的長(zhǎng)度為30 m,它以0.6c(c為光速)的速度沿長(zhǎng)度方向飛行越過(guò)地球,下列說(shuō)法正確的是( ) A.飛船上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長(zhǎng)度小于30 m B.地球上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長(zhǎng)度小于30 m C.飛船上的觀測(cè)者測(cè)得地球上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度小于c D.地球上的觀測(cè)者測(cè)得飛船上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度小于c 2.(17年江蘇高考)(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘,飛船和地球上的人觀測(cè)這兩只鐘的快慢,下列說(shuō)法正確的有( ) A.飛船上的人觀測(cè)到飛
13、船上的鐘較快 B.飛船上的人觀測(cè)到地球上的鐘較慢 C.地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較快 D.地球上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較慢 當(dāng)堂檢測(cè) 1.(多選)下列說(shuō)法正確的是( ) A.麥克斯韋提出電磁場(chǎng)理論,并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在 B.變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng) C.隨身攜帶的移動(dòng)電話既有電磁波接收裝置,同時(shí)又有電磁波發(fā)射裝置 D.聲音信號(hào)需要經(jīng)過(guò)“調(diào)制”過(guò)程,加到高頻的電磁波上才能發(fā)射出去 2.現(xiàn)代生活中,人們已更多地與電磁波聯(lián)系在一起,并且越來(lái)越依賴于電磁波,關(guān)于電磁
14、場(chǎng)和電磁波,以下說(shuō)法正確的是( ) A.把帶電體和永磁體放在一起,即可以在其周圍空間中產(chǎn)生電磁波 B.手機(jī)、電視、光纖通信都是通過(guò)電磁波來(lái)傳遞信息的 C.醫(yī)院中用于檢查病情的“B超”是利用了電磁波的反射原理 D.車站、機(jī)場(chǎng)安全檢查時(shí)“透視”行李箱的安檢裝置是利用紅外線實(shí)現(xiàn)成像的 3.(多選)以速度u高速遠(yuǎn)離地球的宇宙飛船發(fā)出頻率為ν的單色光,已知真空中光速為c,則( ) 第3題圖 A.該光相對(duì)飛船的速度等于c-u B.該光相對(duì)飛船的速度等于c C.地球上接受到該光的頻率大于ν D.地球上接受到該光的頻率小于ν 4.如圖所示,沿平直鐵
15、路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛,當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光,列車上的觀測(cè)者測(cè)得A、C兩鐵塔被照亮的順序是( ) 第4題圖 A.同時(shí)被照亮 B.A先被照亮 C.C先被照亮 D.無(wú)法判斷 5.(16年南京模擬)如圖所示,寬度為l的宇宙飛船沿其長(zhǎng)度方向以速度v(v接近光速c)遠(yuǎn)離地球,飛船發(fā)出頻率為ν的單色光.地面上的人接收到光的頻率________(選填“大于”、“等于”或“小于”)ν,看到宇宙飛船寬度________(選填“大于”、“等于”或“小于”)l. 第5題圖 第58講 電磁波 相對(duì)論簡(jiǎn)介 知識(shí)整合 基礎(chǔ)自測(cè)
16、 一、1.(1)電場(chǎng)(磁場(chǎng)) (2)電場(chǎng)(磁場(chǎng)) (3)頻率 2.電磁場(chǎng) 3.(1)橫 (2)光 (3)麥克斯韋 赫茲 二、1.(1)頻率 (2)空間 2.調(diào)幅 調(diào)頻 三、介質(zhì) c=λf 四、調(diào)諧 七、1.紅外線 紫外線 重疊 九、1.相同 2.相同 十、1.同時(shí) 2.長(zhǎng)度 十一、E=mc2 方法技巧 ·典型例題1· C 【解析】 教室中開亮的日光燈、工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用的振蕩電流,在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)和電場(chǎng),故選項(xiàng)A、B正確;穩(wěn)定的電場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電磁波是橫波,電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和傳播方向相互垂直,故選項(xiàng)D正確. ·典型例題2·A 【解析】 電
17、磁波在真空中的傳播速度與光在真空中傳播速度相等,都等于光速c,故A正確;在空氣中傳播的聲波是縱波,故B 錯(cuò)誤;聲波不僅在空氣中可以傳播,在其他介質(zhì)中也可以傳播,故C 錯(cuò)誤;光在真空中也可以傳播,不需要介質(zhì),故D錯(cuò)誤. ·典型例題3·D 【解析】 雷達(dá)是利用微波的反射來(lái)測(cè)定物體位置的,A錯(cuò)誤.遙控器采用的是紅外線不是紫外線;故B錯(cuò)誤;微波爐是利用了微波的頻率與水的頻率相接近,從而使水振動(dòng)而發(fā)熱的;故C錯(cuò)誤;機(jī)場(chǎng)、車站用來(lái)檢查旅客行李包的透視儀是利用X射線的穿透本領(lǐng);故D正確;故選D. ·典型例題4·A 【解析】 由相對(duì)論知,時(shí)間和空間都是相對(duì)的,所以A項(xiàng)不正確. ·變式訓(xùn)練1·B 【解析】
18、 飛船上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長(zhǎng)度是靜止時(shí)的長(zhǎng)度,等于30 m,故A錯(cuò)誤;地球上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長(zhǎng)度l=l0=24 m,所以B正確;根據(jù)狹義相對(duì)論的光速不變?cè)?,飛船上的觀測(cè)者測(cè)得地球上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度等于c,地球上的觀測(cè)者測(cè)得飛船上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度也等于c,故C、D錯(cuò)誤. ·變式訓(xùn)練2·AC 【解析】 飛船相對(duì)于地球高速運(yùn)動(dòng),所以地球上的人觀察飛船的時(shí)間較慢,而地球相對(duì)于飛船高速運(yùn)動(dòng),所以飛船上的人認(rèn)為地球上的時(shí)鐘較慢,所以A、C正確,B、D錯(cuò)誤. 當(dāng)堂檢測(cè) 1.CD 【解析】 麥克斯韋提出電磁場(chǎng)理論,赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)
19、生電場(chǎng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;移動(dòng)電話能夠收到信息,同時(shí)也能發(fā)出信息;故既有電磁波接收裝置,同時(shí)又有電磁波發(fā)射裝置;故C正確;聲音信號(hào)需要經(jīng)過(guò)“調(diào)制”過(guò)程,加到高頻的電磁波上形成載波信號(hào)才能發(fā)射出去,故D正確;故選CD. 2.B 【解析】 要產(chǎn)生電磁波,必須要有變化的磁場(chǎng)與變化的電場(chǎng),即電磁場(chǎng),電磁場(chǎng)在介質(zhì)中傳播產(chǎn)生電磁波,A錯(cuò)誤;通過(guò)電磁波可以實(shí)現(xiàn)各種通信,B正確;“B超”是利用了超聲波的反射原理,C錯(cuò)誤;車站、機(jī)場(chǎng)安全檢查時(shí)“透視”行李箱的安檢裝置是利用X射線實(shí)現(xiàn)成像的,D錯(cuò)誤. 3.BD 【解析】 由光速不變?cè)砜芍?,該光相?duì)飛船的速度等于c,選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;根據(jù)多普勒效應(yīng),因飛船遠(yuǎn)離地球,則地球上接受到該光的頻率小于ν,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.故選BD. 4.C 【解析】 由相對(duì)論知從B發(fā)出的光到C、A的光速相同.相對(duì)車內(nèi)的觀察者而言,A、B、C向左運(yùn)動(dòng),所以C先被照亮,C對(duì). 5.小于 等于 【解析】 當(dāng)遠(yuǎn)離地球時(shí),由于多普勒效應(yīng),地面上的人接收到光的頻率小于飛船發(fā)出光的頻率. 在地面上看宇宙飛船,由于“尺縮效應(yīng)” 沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度小,但垂直于運(yùn)動(dòng)方向的寬度不變,仍為l.
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