144電磁波、相對論

1、K會(huì)，廷紹膏、 ufv. com本人聲明：本資源屬本人原創(chuàng)作品，授予21世紀(jì)教育網(wǎng)獨(dú)家發(fā)行。新課標(biāo)高三一輪復(fù)習(xí)精品學(xué)案第十四章第4講第十四章選修3-4光學(xué)電磁波相對論第四講電磁波和相對論【重點(diǎn)知識(shí)精講】麥克斯韋電磁場理論：變化電場產(chǎn)生磁場，變化磁場產(chǎn)生電場。變化的電 場和磁場總是相互聯(lián)系的形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場。變化的電場和磁場 由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播形成電磁波。電磁波是橫波，它的傳播不需要介質(zhì)，在 真空中也可以傳播，電磁波傳遞電磁場能量。電磁波能夠發(fā)生反射、折射、干涉 和衍射。麥克斯韋根據(jù)光在真空中傳播速度與電磁波相同，提出光在本質(zhì)上是一 種電磁波。狹義相對論的兩個(gè)假設(shè)是：0狹義相對

2、性原理：在不同的慣性參考系中，一 切物理規(guī)律都是相同的；即物理規(guī)律（包括力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等的數(shù)學(xué)形式與 參考系的選擇無關(guān)。光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是 相同的，與光源的運(yùn)動(dòng)和觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。狹義相對論的三個(gè)推論是：同時(shí)的相對性：在某一慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè) 事件，在另一個(gè)相對它運(yùn)動(dòng)的慣性系中，不是同時(shí)發(fā)生。長度的相對性（尺縮 效應(yīng)）：從相對地面以v做勻速運(yùn)動(dòng)的慣性系中，測得一根桿長為10，桿相對慣 性系是靜止的，且與v平行放置，則從地面慣性系中測得桿長為 1，1 =|仍2,一一，一，一 ，1。1-IJ。在尺子長度方向上運(yùn)動(dòng)的尺子比靜止的尺子短，即所謂的尺縮效 應(yīng)，速度

3、越大，尺縮效應(yīng)越明顯，當(dāng)速度接近光速時(shí)，尺子幾乎縮成一個(gè)點(diǎn)。當(dāng) 桿沿著垂直于自身的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，測得的長度和靜止時(shí)一樣。時(shí)間間隔的相對 性（鐘慢效應(yīng)）：從相對地面以v做勻速運(yùn)動(dòng)的慣性系中，測得該慣性系內(nèi)某事件 經(jīng)歷的時(shí)間為八。，則從地面慣性系中測得該事件經(jīng)歷的時(shí)間為t，!，仍2_ ，一 t=。/ 1-IJ。運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘比靜止的時(shí)鐘走得慢，即所謂的鐘慢效應(yīng)。而且，運(yùn)動(dòng)速度v越快，鐘走的越慢，接近光速時(shí)，鐘就幾乎停止了。狹義相對論的三 個(gè)推論說明空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。狹義相對論的三個(gè)公式是：相對論速度變換公式：某慣性系相對地面的速度 為力該慣性系中物體以速度沿慣性系速度u的方向相對慣性系運(yùn)動(dòng)

4、，那么物 體相對地面的速度為u，= 公二。如果慣性系中的物體運(yùn)動(dòng)方向與慣性系運(yùn)1 u V1 +C 2動(dòng)方向相同，取正值；如果慣性系中的物體運(yùn)動(dòng)方向與慣性系運(yùn)動(dòng)方向相反， u取負(fù)值。相對論質(zhì)量：設(shè)物體靜止時(shí)質(zhì)量為m0,物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量 為m，則m= . m0。微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于靜止質(zhì)量.廣 k c J質(zhì)能方程：E=mc2。質(zhì)能方程揭示了物體的質(zhì)量與能量的對應(yīng)關(guān)系，物體的能量 與質(zhì)量成正比，由質(zhì)能方程可推出能量變化與質(zhì)量變化之間的關(guān)系：AE=Amc2, 此式常用于計(jì)算核反應(yīng)過程中由于質(zhì)量虧損釋放的能量。物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量E m1和靜止時(shí)的能量E之差就是物體的動(dòng)能E，E =E

5、-E = oc2- m c2= -m v2。T2、k c ）典型考法典例1. （2010天津理綜）下列關(guān)于電磁波的說法正確的是均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場電磁波在真空和介質(zhì)中傳播的速度相同只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播【解析】根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生恒定電場， 選項(xiàng)A正確；電磁波在真空和介質(zhì)中傳播的速度不相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；只要有電 場和磁場，不一定就能產(chǎn)生電磁波，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若介質(zhì)密度不均勻，電磁波在 同種介質(zhì)中也會(huì)發(fā)生偏折，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼【點(diǎn)評(píng)】此題考查對電磁波理論的理解和掌握。針對訓(xùn)練題1. （2009北京理綜卷第1

6、5題）.類比是一種有效的學(xué)習(xí)方法，通過 歸類和比較，有助于掌握新知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率。在類比過程中，既要找出共同 之處，又要抓住不同之處。某同學(xué)對機(jī)械波和電磁波進(jìn)行類比，總結(jié)出下列內(nèi)容， 其中不正確的是D .機(jī)械波的頻率、波長和波速三者滿足的關(guān)系，對電磁波也適用機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播機(jī)械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波解析：電磁波是橫波，選項(xiàng)D說法不正確?！敬鸢浮緿典例2 （2010北京理綜）屬于狹義相對論基本假設(shè)的是：在不同的慣性系中，真空中光速不變B.時(shí)間間隔具有相對性C.物體的質(zhì)量不變D.物體的能量與質(zhì)量成正比【解析】狹義相

7、對性的基本假設(shè)是：一切物理規(guī)律在不同的慣性參考系中都是相 同的，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，所以選項(xiàng)A正確?！敬鸢浮緼【點(diǎn)評(píng)】時(shí)間間隔具有相對性是狹義相對論的推論，物體的能量與質(zhì)量成正比是 相對論的質(zhì)能方程得出的結(jié)論，不屬于狹義相對論基本假設(shè)?！踞槍τ?xùn)練題】2 （2009年江蘇高考卷）如圖所示，強(qiáng)強(qiáng)乘電梯速度為0.9c （c為光速）的宇宙 飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5 c，強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行 聯(lián)絡(luò)，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為。（填寫選項(xiàng)前的字母）A. 0.4cB. 0.5cC. 0.9cD. 1.0c【解析】根據(jù)愛因斯坦狹義相對性的假設(shè)，真空中的光速在

8、不同的慣性參考系都 是相同的，與光源的運(yùn)動(dòng)和觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，所以壯壯觀測到該光束的傳播速 度為1.0c。選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮緿【達(dá)標(biāo)測試題】（2010上海物理）電磁波包含了丫射線、紅外線、紫外線、無線電波等，按波 長由長到短的排列順序是無線電波、紅外線、紫外線、丫射線紅外線、無線電波、丫射線、紫外線丫射線、紅外線、紫外線、無線電波紫外線、無線電波、丫射線、紅外線【解析】根據(jù)電磁波譜，按波長由長到短的排列順序是無線電波、紅外線、紫外 線、丫射線，選項(xiàng)A正確。【答案】A2。關(guān)于以下幾種電磁波的作用，說法正確的是非典時(shí)期在機(jī)場、碼頭、車站等交通出口處，使用紅外線熱像儀檢測通過它的 發(fā)熱病人，是利用

9、了物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因?yàn)樽贤饩€波長短，分辨率高紅外線遙感技術(shù)是利用了紅外線的顯著熱效應(yīng)驗(yàn)鈔機(jī)之所以利用紫外線驗(yàn)鈔是因?yàn)樽贤饩€具有熒光效應(yīng)解析：物體的溫度越高，它輻射的紅外線越強(qiáng)，波長越短，紅外線熱像儀利用 物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同檢測通過它的發(fā)熱病人，選項(xiàng) A正確；因?yàn)樽贤饩€波長短，用紫外線拍攝指紋照片，分辨率高，選項(xiàng)B正確； 紅外線遙感技術(shù)是利用靈敏的紅外線探測儀接收物體發(fā)射的紅外線探知物體的犬擔(dān)紀(jì)輸、 ufv. com特征，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；紫外線具有熒光效應(yīng)，紫外線照射鈔票上熒光物質(zhì)印刷的 文字可發(fā)出可見光，選項(xiàng)D正確。

10、答案：.ABD3. （2012云南部分名校聯(lián)考）下列說法中正確的是機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度接近光速時(shí)，時(shí)間和空間都要發(fā)生變化當(dāng)觀測者靠近或遠(yuǎn)離波源時(shí)，感受到的頻率會(huì)發(fā)生變化答案：ACD；解析：只要有變化的電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。4. （2012蘇北四市聯(lián)考）下列說法中正確的是人耳能聽見的聲波比超聲波更易發(fā)生衍射麥克斯韋預(yù)言并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在離開地球的高速火箭里的人認(rèn)為地球上人的壽命變長了單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期與單擺的擺長有關(guān).答案：AC解析：人耳能聽見的聲波比超聲波波長長，更易

11、發(fā)生衍射，選項(xiàng)A正確； 麥克斯韋預(yù)言了電磁波，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由相 對論推出的結(jié)論可知，離開地球的高速火箭里的人觀察地球在高速運(yùn)動(dòng)，時(shí)間變 長，認(rèn)為地球上人的壽命變長了，選項(xiàng)C正確；單擺在周期性外力作用下做受 迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期，與單擺的擺長無關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。（6分）（2012河北唐山五校聯(lián)考）下面的說法正確的是（）火車過橋時(shí)要減速是為了防止火車發(fā)生共振“聞其聲不見其人”是波的衍射現(xiàn)象電磁波譜中最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是射線利用雷達(dá)測出發(fā)射微波脈沖及接收到脈沖的時(shí)間間隔可以確定雷達(dá)和目 標(biāo)的距離答案：BD解析：火車過橋時(shí)要減速是為了防止橋梁發(fā)生共振，選項(xiàng)A

12、錯(cuò)誤;“聞其聲不見其人，是聲波的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)B正確；電磁波譜中最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是射線，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；利用雷達(dá)測出發(fā)射微波脈沖及接收到 脈沖的時(shí)間間隔可以確定雷達(dá)和目標(biāo)的距離，選項(xiàng)D正確。6（2011江蘇物理）如圖所示，沿平直鐵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，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是H A A（A）同時(shí)被照亮-二二- ：（B）A先被照亮（C）C先被照亮（D）無法判斷【解析】：火車上的觀察者以火車為參考系，那么三座鐵塔A、B和C均沿CA 方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)鐵塔B發(fā)出一個(gè)閃光，向AC傳播過程中，A是遠(yuǎn)離光線運(yùn)動(dòng)，C

13、 是向著光線運(yùn)動(dòng)，所以火車上的觀察者看到光線先傳播到C，即C先被照亮，選 項(xiàng)C正確?！敬鸢浮緾【點(diǎn)評(píng)】此題考查同時(shí)的相對性，意在考查考生的理解能力。7（2008年江蘇高考卷）慣性系S中有一邊長為l的正方形（如圖A所示），從 相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測得該正方形的圖象是ABCD【解析】由相對論的尺縮效應(yīng)可知，沿運(yùn)動(dòng)方向上的邊長變短，垂直運(yùn)動(dòng)方向的 邊長不變，C圖象正確?！敬鸢浮緾【點(diǎn)評(píng)】運(yùn)動(dòng)物體的速度越大，沿運(yùn)動(dòng)方向上的邊長變短越多。8（2008年海南高考物理）設(shè)宇宙射線粒子的能量是其靜止能量的k倍.則粒子登陸21世紀(jì)教育助您教考全無憂運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量等于其靜止質(zhì)量的 倍，粒子運(yùn)

14、動(dòng)速度是光速的 倍?！窘馕觥吭O(shè)宇宙射線粒子靜止質(zhì)量為m0,運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量為m,粒子以速度V運(yùn) 動(dòng)時(shí)的能量E=mc2，靜止時(shí)的能量為E0=m0c2，依題意=旭0，故m=km0，即粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量等于其靜止質(zhì)量的k倍；由m=0= k c ）=和m=km0，解得v_Ck2-1 c。即粒子運(yùn)動(dòng)速度是光速的2-1倍。kk【答案】k； H2-1k【點(diǎn)評(píng)】此題考查應(yīng)用狹義相對論初步中的有關(guān)公式的簡單計(jì)算。據(jù)報(bào)導(dǎo)，歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)開足馬力可以把粒子加速到光速的99.9%，單束 粒子能量可達(dá)到7萬億電子伏特。下列說法正確的是如果繼續(xù)對粒子加速，粒子速度可以達(dá)到光速如果繼續(xù)對粒子加速，粒子速度可能超過光速粒子高速

15、運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量大于靜止時(shí)的質(zhì)量粒子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量小于靜止時(shí)的質(zhì)量答案：C解析：根據(jù)相對論可知，物體的速度不可能等于或超過光速，選項(xiàng)AB錯(cuò)誤；根 據(jù)相對論質(zhì)量與速度關(guān)系，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量大于靜止時(shí)的質(zhì)量，選項(xiàng)C正確D 錯(cuò)誤。（2012年開封二模）下列說法正確的是：X射線的頻率比無線電波的頻率高做簡諧運(yùn)動(dòng)的單擺擺長增大為原來的2倍，其周期也增大為原來的2倍根據(jù)狹義相對論，地面上的人看到高速運(yùn)行的列車比靜止時(shí)變短且矮用同一裝置觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象，藍(lán)光的相鄰條紋間距比紅光的小答案：AD解析：X射線的頻率比無線電波的頻率高，選項(xiàng)A正確；由單擺周期 公式可知，做簡諧運(yùn)動(dòng)的單擺擺長增大為原來的2倍，其周期也增大

16、為原來的倍，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)狹義相對論，地面上的人看到高速運(yùn)行的列車比靜止時(shí)變 短且高度不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于藍(lán)光波長比紅光短，由雙縫干涉條紋間隔公式 可知，用同一裝置觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象，藍(lán)光的相鄰條紋間距比紅光的小，選 項(xiàng)D正確。（2012遼寧本溪一中莊河高中期末聯(lián)考）下列說法中正確的是光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大在太陽光照射下，水面上油膜出現(xiàn)彩色花紋是光的色散現(xiàn)象光傳播時(shí)，若遇到的障礙物的尺寸比光的波長大很多，衍射現(xiàn)象十分明顯， 此時(shí)不能認(rèn)為光沿直線傳播麥克斯韋提出電磁場理論并預(yù)言電磁波存在，后來赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波 的存在走時(shí)快的擺鐘必須調(diào)長擺長，才可能使其走時(shí)準(zhǔn)確10.答案：ADE解析：在太陽光照射下，水面上油膜出現(xiàn)彩色花紋是光的干涉現(xiàn) 象，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光傳播時(shí)，若遇到的障礙物的尺寸比光的波長大很多， 衍射現(xiàn)象十分不明顯，此時(shí)可以認(rèn)為光沿直線傳播，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。（2012南京一模）以下說法正確的是（）無論什么波，只要振幅足夠大就可以產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場周圍一定可以產(chǎn)生電磁波波源與觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時(shí)