備戰(zhàn)2019年高考物理 高頻考點(diǎn)解密 專題19 電磁波相對(duì)論教學(xué)案

專題19 電磁波 相對(duì)論核心考點(diǎn)考綱要求電磁波的產(chǎn)生電磁波的發(fā)射、傳播和接收電磁波譜狹義相對(duì)論的基本假設(shè)質(zhì)能關(guān)系考點(diǎn)1 電磁波與電磁振蕩一、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論1理論內(nèi)容變化的磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)。根據(jù)這個(gè)理論，周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系，交替產(chǎn)生，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)。2深度理解（1）恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)。（2）恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)。（3）均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)。（4）均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。（5）振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)。（6）振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)。3相關(guān)概念及判斷方法（1）變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)叫感應(yīng)電場(chǎng)；變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)叫感應(yīng)磁場(chǎng)。（2）感應(yīng)電場(chǎng)與感應(yīng)磁場(chǎng)的場(chǎng)線都是閉合的曲線，而且互相正交、套連。（3）感應(yīng)電場(chǎng)的方向可由楞次定律判定，感應(yīng)磁場(chǎng)的方向可由安培定則判定。二、電磁波1電磁波的產(chǎn)生如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場(chǎng)，救護(hù)在空間引起周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)周期性變化的磁場(chǎng)又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間引起新的周期性變化的電場(chǎng)，新的周期性變化的電場(chǎng)又會(huì)在更遠(yuǎn)的空間引起新的周期性變化的磁場(chǎng)······這樣，電磁場(chǎng)就由遠(yuǎn)及近向周圍空間傳播開去，形成了電磁波。2電磁波的特性（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，波速越小。（3）電磁波的頻率f、波長(zhǎng)和波速v的關(guān)系：v=f。（4）電磁波是橫波，具有波的特性，能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象。3無(wú)線電波的發(fā)射與接收無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無(wú)線電波。無(wú)線電波的波長(zhǎng)從幾毫米到幾十千米。根據(jù)波長(zhǎng)（或頻率），通常將無(wú)線電波分成幾個(gè)階段，每個(gè)波段的無(wú)線電波分別有不同的用途。（1）無(wú)線電波的發(fā)射有效發(fā)射電磁波的條件：高頻振蕩；開放電路（如圖所示）。調(diào)制：在無(wú)線電傳播技術(shù)中，首先將聲音、圖象等信息通過(guò)聲電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等方式轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，但這種電信號(hào)頻率低，不能用來(lái)直接發(fā)射電磁波，所以要把傳遞的低頻率電信號(hào)“加”到高頻電磁波上，使電磁波的頻率或振幅隨各種信號(hào)而改變，這種使電磁波隨各種信號(hào)而改變的基數(shù)叫調(diào)制。調(diào)制的兩種方式：調(diào)幅和調(diào)頻。使高頻振蕩的振幅隨信號(hào)而改變叫做調(diào)幅；使高頻振蕩的頻率隨信號(hào)而改變的叫調(diào)頻。（2）無(wú)線電波的接收無(wú)線電波的接收必須采用調(diào)諧電路，如圖所示，調(diào)諧電路由可變電容器、電感線圈、天線、地線等幾部分組成。電諧振：當(dāng)接收到的電磁波的頻率跟接收電路的固有頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振。調(diào)諧：調(diào)諧電路的固有頻率可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，將調(diào)諧電路的頻率調(diào)節(jié)到與需要接收的某個(gè)頻率的電磁波相同，使接收電路產(chǎn)生電諧振，這一過(guò)程叫做調(diào)諧。解調(diào)：從接收到的高頻振蕩中分離出所攜帶的信號(hào)的過(guò)程叫做解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波。無(wú)線電波接收的全過(guò)程：天線接收到所有的電磁波，經(jīng)調(diào)諧選擇出所需要的電磁波，再經(jīng)過(guò)解調(diào)取出攜帶的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大后再還原成聲音或圖象。4電磁波譜分析及電磁波的應(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>103波動(dòng)性強(qiáng)，易發(fā)生衍射無(wú)線電技術(shù)紅外線10111015103107熱效應(yīng)紅外遙感可見光1015107引起視覺照明、攝影紫外線10151017107109化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線101610191081011貫穿本領(lǐng)強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視射線>1019<1011貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療特別提醒：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、射線等，穿透能力較強(qiáng)。電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長(zhǎng)并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同。5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)械能三、電磁振動(dòng)1LC振蕩電路由自感線圈和電容器組成的電路就是最簡(jiǎn)單的振蕩電路，簡(jiǎn)稱LC電路。如圖所示，先將開關(guān)S和1接觸，開關(guān)閉合后電源給電容器C充電，然后將S和2接觸，在LC電路中就出現(xiàn)了大小與方向都做周期性變化的振蕩電路。在產(chǎn)生電流的過(guò)程中，電容器極板上的電荷q、電路中的電流i、電容器內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E和線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B都發(fā)生周期性變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩。（1）從振蕩的表象上看：LC振蕩過(guò)程實(shí)際上是通過(guò)線圈L對(duì)電容器C充、放電的過(guò)程。（2）從屋里本質(zhì)上看：LC振蕩過(guò)程實(shí)質(zhì)上是磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能之間通過(guò)充、放電的形式相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。2電磁振蕩的規(guī)律LC電路中電場(chǎng)振蕩的規(guī)律可用下圖表示。（圖中表示增大，表示減小）3電磁振蕩的周期和頻率與力學(xué)中的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)類似，如果沒有能量損失，也不受外界影響，電磁振蕩的周期與頻率由振蕩電路本身的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)所決定，因此稱這個(gè)周期與頻率為固有周期與固有頻率，LC電磁振蕩的周期和頻率公式為T=2，頻率。4電磁振蕩規(guī)律的分析（1）電磁振蕩中各物理量的變化規(guī)律分析LC電路中的振蕩電流i、線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電容器極板上的電荷量q、電容器兩端的電壓u、極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E均是隨時(shí)間按正弦（或余弦）規(guī)律做周期性變化的，如圖所示。LC電路中各物理量的變化規(guī)律如下表所示。電路狀態(tài)時(shí)刻0電荷量最大0最大0最大電壓最大0最大0最大電場(chǎng)能最大0最大0最大電流0正向最大0反向最大0磁場(chǎng)能0最大0最大0振蕩電路中的電容為30390 pF，電感為88.6×103 H，振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的周期在什么范圍內(nèi)？如果電容器的電容為C1時(shí)，電路中的最大電流為I1，保持電容器的最大帶電荷量不變，突然將C1減小到C2，電路中的最大電流為I2，試比較I1與I2。【參考答案】1.0×1063.69×106 s I2>I1【試題解析】T=2T1=2=2×3.14×=1.0×106 sT2=2=2×3.14×=3.69×106 s則其周期的范圍為：1.0×1063.69×106 s。當(dāng)電容器的電容突然減小時(shí)，放電速度加快，則周期變小，而一個(gè)周期通過(guò)電路的電荷量總量不變，所以電流會(huì)增大，則I2>I1。 1（2018·甘肅省蘭州第一中學(xué)）下列說(shuō)法中正確的是A紅外線易穿透云層，故廣泛應(yīng)用于遙感技術(shù)領(lǐng)域B醫(yī)院用X光進(jìn)行透視，是因?yàn)樗拇┩改芰^強(qiáng)C相對(duì)論認(rèn)為：真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的D在高速運(yùn)動(dòng)的飛船中的宇航員會(huì)發(fā)現(xiàn)飛船中的鐘走得比地球上的快【答案】ABC2（2018·浙江省湖州市）如圖所示的振蕩電路中，某時(shí)刻電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針，則以下判斷正確的是A若板帶正電，則電流在增大B若電容器在放電，則電流在減小C若電流減小，則線圈兩端電壓減小D若只減小電容，則振蕩電流周期變小【答案】D考點(diǎn)2 狹義相對(duì)論1狹義相對(duì)論的基本假設(shè)（1）在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的（2）真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的2時(shí)間間隔的相對(duì)性3長(zhǎng)度的相對(duì)性4相對(duì)論的速度變換公式5相對(duì)論質(zhì)量6質(zhì)能方程E=mc27對(duì)狹義相對(duì)論的理解（1）慣性系：如果牛頓運(yùn)動(dòng)定律在某個(gè)參考系中成立，這個(gè)參考系叫做慣性系。相對(duì)一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系。（2）光速的大小與選取的參考系無(wú)關(guān)，因?yàn)楣馑偈菑柠溈怂鬼f方程組中推導(dǎo)出來(lái)的，無(wú)任何前提條件。（3）狹義相對(duì)論認(rèn)為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān)，其關(guān)系式為。如圖所示，在地面上M點(diǎn)固定一光源，在離光源等距的A、B兩點(diǎn)上固定有兩個(gè)光接收器，今使光源發(fā)出一閃光，問(wèn)：（1）在地面參考系中觀測(cè)，誰(shuí)先接收到光信號(hào)？（2）在沿AB方向高速運(yùn)動(dòng)的火車參考系中觀測(cè)，誰(shuí)先接收到光信號(hào)？【參考答案】（1）同時(shí)接收到 （2）A先接收到【試題解析】在地面上的觀察者看來(lái)，光源距離A、B等距，光信號(hào)向兩電桿傳播的速度相同，因此，1（2018·江蘇省南京市六校聯(lián)合體）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)到飛船上的鐘較慢B飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較快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)到地球上的鐘較慢【答案】BC【解析】飛船上的人是以飛船為參考系，故地球是高速運(yùn)動(dòng)的，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程的運(yùn)動(dòng)延時(shí)效應(yīng)，飛船上的人觀測(cè)到地球上的鐘較慢，即飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較快，A錯(cuò)誤B正確；地球上的人以地球?yàn)閰⒖枷?，認(rèn)為飛船高速運(yùn)動(dòng)，同樣根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程的運(yùn)動(dòng)延時(shí)效應(yīng)，飛船上的鐘較慢，故地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較快，C正確D錯(cuò)誤。2（2018·湖南省五市十校）根據(jù)相對(duì)論判斷，下列說(shuō)法正確的是A狹義相對(duì)論全面否定了經(jīng)典力學(xué)理論B如果物體在地面上靜止不動(dòng)。任何人在任何參考系里測(cè)出的物體長(zhǎng)度都是一樣的C真空中的光速在不同的慣性參考系中也是不同的D物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量【答案】D1（2017·江蘇卷）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)到飛船上的鐘較快B飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較慢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)到地球上的鐘較慢【答案】AC【解析】飛船相對(duì)地球高速運(yùn)動(dòng)，所以地球上的人觀測(cè)飛船上的時(shí)鐘較慢，而地球相對(duì)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AC正確，BD錯(cuò)誤?！久麕燑c(diǎn)睛】本題主要考查狹義相對(duì)論時(shí)間間隔的相對(duì)性，注意運(yùn)動(dòng)的相對(duì)的，飛船相對(duì)地球高速運(yùn)動(dòng)，地球也相對(duì)飛船高速運(yùn)動(dòng)。 2（2016·新課標(biāo)全國(guó)卷）關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法正確的是A電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無(wú)關(guān)B周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā)，形成電磁波C電磁波在真空中自由傳播時(shí)，其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，但電磁波不能通過(guò)電纜、光纜傳輸E電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失【答案】ABC【解析】電磁波在真空中的傳播速度即為真空中的光速，與頻率無(wú)關(guān)，A正確；根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，B正確；電磁波是橫波，其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直，C正確；電磁波可以通過(guò)全反射在光纜中傳播，D錯(cuò)誤；波源停止振動(dòng)，波會(huì)繼續(xù)傳播，直到能量為零，E錯(cuò)誤。3（2016·北京卷）下列說(shuō)法正確的是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【答案】A14