2017-2018學(xué)年高中物理 專題5 電磁振蕩與電磁波 相對論學(xué)案 教科版選修3-4

專題5 電磁振蕩與電磁波 相對論一、麥克斯韋電磁場理論1對麥克斯韋電磁場理論兩個(gè)基本觀點(diǎn)的理解(1)變化的磁場產(chǎn)生電場，可從以下三個(gè)方面理解：穩(wěn)定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場(2)變化的電場產(chǎn)生磁場，也可從以下三個(gè)方面理解：恒定的電場不產(chǎn)生磁場均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場2感應(yīng)電場方向的判定變化的磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電場的方向，與存在閉合回路時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是相同的復(fù)習(xí)過關(guān)1.如圖1所示是空間磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化圖像，在它周圍空間產(chǎn)生的電場中的某一點(diǎn)場強(qiáng)E應(yīng)是()圖1A逐漸增強(qiáng)B逐漸減弱C不變D無法確定解析由題圖可知，磁場均勻增強(qiáng)，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場，故E不變，選項(xiàng)C對答案C2(多選)應(yīng)用麥克斯韋的電磁場理論判斷下列表示電場產(chǎn)生磁場(或磁場產(chǎn)生電場)的關(guān)系圖像中(每個(gè)選項(xiàng)中的上圖是表示變化的場，下圖是表示變化的場產(chǎn)生的另外的場)，正確的是()解析A圖中的上圖磁場是穩(wěn)定的，由麥克斯韋的電磁場理論可知周圍空間不會(huì)產(chǎn)生電場，A圖中的下圖是錯(cuò)誤的B圖中的上圖是均勻變化的電場，應(yīng)該產(chǎn)生恒定的磁場，下圖的磁場是恒定的，所以B圖正確C圖中的上圖是振蕩的磁場，它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，且相位相差，C圖是正確的D圖的上圖是振蕩的電場，在其周圍空間產(chǎn)生振蕩的磁場，但是下圖中的圖像與上圖相比較，相位相差，故不正確，所以只有B、C兩圖正確答案BC二、LC回路振蕩規(guī)律、周期及頻率1LC回路中各量的變化規(guī)律電容器上的物理量：電荷量q、電場強(qiáng)度E、電場能EE.線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能EB放電過程：qEEEiBEB充電過程：qEEEiBEB充電結(jié)束時(shí)q、E、EE最大，i、B、EB均為零；放電結(jié)束時(shí)q、E、EE均為零，i、B、EB最大2電磁振蕩的周期和頻率周期：T2頻率：f .復(fù)習(xí)過關(guān)3為了增大LC振蕩電路的固有頻率，下列辦法中可采取的是()A增大電容器兩極板的正對面積并在線圈中放入鐵芯B減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數(shù)C減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯D減小電容器兩極板的正對面積并減小線圈的匝數(shù)解析本題考查LC振蕩電路的頻率公式f.由此式可知增大固有頻率f的辦法是減小L或減小C或同時(shí)減小L和C電容器兩極板的正對面積增大則C增大，正對面積減小則C減小在線圈中放入鐵芯或增加線圈的匝數(shù)則L增大，減小線圈的匝數(shù)則L減小，故選項(xiàng)D正確答案D4(多選)在LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場方向如圖2所示，則下列說法正確的是()圖2A若磁場正在減弱，則電容器上極板帶正電B若電容器正在充電，則電容器下極板帶正電C若電容器上極板帶正電，則線圈中電流正增大D若電容器正放電，則自感電動(dòng)勢正在阻礙電流增大解析由電流的磁場方向和安培定則可判斷振蕩電流方向，由于題目中未標(biāo)明電容器兩極板帶電情況，可分兩種情況討論(1)若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于放電階段，電流增大，則C對，A錯(cuò)；(2)若該時(shí)刻電容器下極板帶正電，則可知電容器處于充電狀態(tài)，電流在減小，則B對，由楞次定律可判定D對答案BCD三、電磁波的傳播特點(diǎn)及應(yīng)用1電磁波譜無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線等合起來，便構(gòu)成了范圍非常廣闊的電磁波譜2各種不同的電磁波既有共性，又有個(gè)性(1)共性：傳播不需要介質(zhì)，真空中傳播速度c3.0×108 m/s，滿足公式vf.(2)個(gè)性：不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性波長越長越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短觀察干涉、衍射現(xiàn)象越困難正是這些不同的特性決定了它們不同的用途復(fù)習(xí)過關(guān)5下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()A電磁波必須依賴介質(zhì)傳播B電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象C電磁波不會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象D電磁波無法攜帶信息傳播解析電磁波具有波的共性，可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，故B正確電磁波是橫波，能發(fā)生偏振現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤電磁波能攜帶信息傳播，且傳播不依賴介質(zhì)，在真空中也可以傳播，故A、D錯(cuò)誤答案B6如圖3所示為某雷達(dá)的熒光屏，屏上標(biāo)尺的最小刻度對應(yīng)的時(shí)間為2×104 s，雷達(dá)天線朝東方時(shí)，屏上的波形如圖甲；雷達(dá)天線朝西方時(shí)，屏上的波形如圖乙問：雷達(dá)在何方發(fā)現(xiàn)了目標(biāo)？目標(biāo)與雷達(dá)相距多遠(yuǎn)？圖3解析當(dāng)天線朝東方時(shí)，顯示屏上只有發(fā)射信號(hào)而無反射信號(hào)，天線朝西方時(shí)，顯示屏上既有發(fā)射信號(hào)也有反射信號(hào)，因此目標(biāo)在西方，由題圖可知t2×103 s，而2xct，xct×3×108×2×103 m300 km.答案西方300 km四、時(shí)間和空間的相對性1與運(yùn)動(dòng)的慣性系相對靜止的人認(rèn)為兩個(gè)事件時(shí)間間隔為，地面觀察者測得的時(shí)間間隔為t，則兩者之間關(guān)系為t.2設(shè)尺子的固有長度為l0，觀察者與尺子有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，尺子的長度為l，則有l(wèi)l0，即沿運(yùn)動(dòng)方向上的長度縮短了這就是相對論中長度的相對性復(fù)習(xí)過關(guān)7如圖4所示，列車以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，在車廂里的人量得車廂高為d，一相對于車廂靜止的尺子的長度為L0.求：圖4(1)地面上的人量得的車廂高度為多少？(2)地面上的人測得的尺子的長度為多少？解析(1)由于在豎直方向上車廂沒有運(yùn)動(dòng)，所以地面上的人量得車廂高度仍為d；(2)由長度的相對性得LL0.答案(1)d(2)L08假如一對孿生兄弟A和B，其中B乘坐速度v0.9c的飛船飛往大角星，而后又飛回地球根據(jù)A在地球上的觀測，大角星離地球有40光年，這次B往返飛行經(jīng)歷時(shí)間為80.8年如果B在離開地球時(shí)，他們的年齡都為20歲，試問當(dāng)B回到地球時(shí)，他們的年齡各有多大？解析設(shè)B在飛船慣性系中經(jīng)歷的時(shí)間為t，根據(jù)鐘慢效應(yīng)得t即80.8解得t35.2年所以B回到地球時(shí)的年齡為tB2035.2(歲)55.2(歲)A的年齡為tA80.820(歲)100.8(歲)答案A的年齡是100.8歲B的年齡是55.2歲五、質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能方程1質(zhì)速關(guān)系物體的質(zhì)量會(huì)隨物體的速度的增大而增大，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間的關(guān)系m.2質(zhì)能關(guān)系(1)相對于一個(gè)慣性參考系，以速度v運(yùn)動(dòng)的物體其具有的相對論能量Emc2.其中E0m0c2為物體相對于參考系靜止時(shí)的能量(2)物體的能量變化E與質(zhì)量變化m的對應(yīng)關(guān)系為Emc2.復(fù)習(xí)過關(guān)9愛因斯坦提出了質(zhì)能方程，揭示了質(zhì)量與能量的關(guān)系關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法正確的是()A質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化B當(dāng)物體向外釋放能量時(shí)，其質(zhì)量必定減小，且減小的質(zhì)量m與釋放的能量E滿足Emc2C如果物體的能量增加了E，那么它的質(zhì)量相應(yīng)減小m，并且Emc2Dmc2是物體能夠放出能量的總和解析由質(zhì)能方程可知，質(zhì)量和能量之間存在一定的對應(yīng)的關(guān)系，而不能認(rèn)為質(zhì)量就是能量，能量就是質(zhì)量，能量和質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念，只有在核反應(yīng)過程中，質(zhì)量的減少對應(yīng)著能量的釋放，故B正確答案B10電子的靜止質(zhì)量m09.11×1031 kg.(1)試分別用焦耳和電子伏為單位來表示電子的靜質(zhì)能(2)靜止電子經(jīng)過106 V電壓加速后，其質(zhì)量和速率各是多少？解析(1)由質(zhì)能方程得E0m0c29.11×1031×(3×108)2 J8.2×1014 J eV0.51 MeV.(2)由能量關(guān)系得eU(mm0)c2，解得mm0 kg9.11×1031 kg2.69×1030 kg.由m，解得vc3×108× m/s 2.82×108 m/s.答案(1)8.2×1014 J0.51 MeV(2)2.69×1030 kg2.82×108 m/s6