電磁場與電磁波相對論簡介配套新人教版課件

知識點1電磁場與電磁波1.麥克斯韋理論(1)變化的磁場產(chǎn)生_____。(2)變化的電場產(chǎn)生_____。(3)變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成_______。電場磁場電磁場2.電磁波的形成和傳播特點(1)電磁場由近及遠的傳播而形成_______。(2)_________從理論上預(yù)言了電磁波的存在，_____用實驗成功地證實了電磁波的存在。(3)電磁波的特點①電磁波在空間傳播_______介質(zhì)。②電磁波中的磁感應(yīng)強度方向和電場強度的方向與傳播方向_____，電磁波是_____。電磁波麥克斯韋赫茲不需要垂直橫波③電磁波傳播電磁場的_____。④電磁波能發(fā)生反射、折射、_____、_____、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象。(4)電磁波在真空中的傳播速度為_____________。能量干涉衍射3.0×108m/s知識點2電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收Ⅰ1.振蕩電路（1）作用：產(chǎn)生大小和方向都做_______變化的電流，從而產(chǎn)生_______變化的電場和磁場。（2）特點①振蕩頻率_______；②采用_________。2.無線電波的調(diào)制使電磁波隨各種信號而改變，有_____和_____兩種方式。周期性周期性足夠高開放電路調(diào)幅調(diào)頻3.無線電波的接收(1)電諧振：接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的_________最強。(2)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生_______的過程。(3)檢波：從高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號，是_____的逆過程。(4)無線電波的應(yīng)用：如電視和雷達等。振蕩電流電諧振調(diào)制知識點3電磁波譜Ⅰ電磁波譜（1）定義：按電磁波的波長從長到短分布是_________、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線，形成電磁波譜。（2）電磁波譜的特性、應(yīng)用無線電波電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波<3×1011>10-3波動性強，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律紅外線1011～101510-3～10-7_______紅外線遙感可見光101510-7引起視覺照明、攝影紫外線1015～101710-7～10-9化學(xué)效應(yīng)、_________、能殺菌醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910-8～10-11貫穿性強檢查、醫(yī)用透視γ射線>1019<10-11貫穿本領(lǐng)最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療直線傳播能力增強衍射能力減弱熱效應(yīng)熒光效應(yīng)知識點4相對論簡介1.狹義相對論的基本假設(shè)（1）狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是_____（選填“相同”或“不同”）的。（2）光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是_____（選填“相同”或“不同”）的。相同相同2.時間和空間的相對性（1）“同時”的相對性：同時是_____的，與參考系的運動有關(guān)。（2）時間間隔的相對性：Δt=。__________（3）長度的相對性：l=__________。相對3.相對論的三個結(jié)論（1）相對論速度變換公式：u=。_______（2）相對論質(zhì)量：m=__________。（3）質(zhì)能方程：E=____。mc2【思考辨析】（1）任何變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場。()（2）在某一慣性系中發(fā)生于同一時刻、不同地點的兩個事件，在其他一切慣性系中也是同時發(fā)生的。()（3）電磁波和機械波都只能在介質(zhì)中傳播。()（4）只要發(fā)射電路的電磁振蕩一停止，產(chǎn)生的電磁波立即消失。()（5）只要空間某處的電場或磁場發(fā)生變化，就會在其周圍產(chǎn)生電磁波。()（6）使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做解調(diào)。()（7）用紅外線照射時，大額鈔票上用熒光物質(zhì)印刷的文字會發(fā)出可見光。()分析：如果電場是均勻變化的，產(chǎn)生的磁場是恒定的，（1）錯；根據(jù)狹義相對論，同時是相對的，（2）錯；電磁波可以在真空中傳播，（3）錯；變化的電場、磁場由變化區(qū)域向外傳播電磁波，發(fā)射電路的電磁振蕩停止時，雖已不再發(fā)射電磁波，但已發(fā)射出去的電磁波還要繼續(xù)傳播，（4）錯；產(chǎn)生電磁波必須是周期性變化的電場或磁場，（5）錯；解調(diào)是從電磁波中取出各種信號的過程，（6）錯；用紫外線照射時，大額鈔票上用熒光物質(zhì)印刷的文字會發(fā)出可見光，（7）錯。考點1電磁場理論的理解【考點解讀】1.對麥克斯韋理論的理解（1）恒定的磁(電)場不能產(chǎn)生電(磁)場；變化的磁(電)場產(chǎn)生電(磁)場；均勻變化的磁(電)場產(chǎn)生恒定的電(磁)場。深化理解（2）由變化的磁場感應(yīng)出的電場與靜電場不同，靜電場的電場線不閉合，帶電粒子運動一周，電場力做功為零；而感應(yīng)出的電場的電場線是閉合的，帶電粒子運動一周時，電場力要做功。2.電磁場周期性變化即振蕩的磁(電)場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電(磁)場；周期性變化的電場和周期性變化的磁場相互聯(lián)系，形成一個不可分離的統(tǒng)一的場，就是電磁場，由靜電場和靜磁場混合的空間是復(fù)合場，但不是電磁場?！镜淅肝?】如圖所示是一個水平放置的玻璃環(huán)形小槽，槽內(nèi)光滑，槽的寬度和深度處處相同，現(xiàn)將一直徑略小于槽的寬度的帶正電的小球放入槽內(nèi)，小球以初速度v0開始逆時針運動，與此同時有一個變化的磁場豎直向下穿過小槽包圍的空間，已知磁場均勻增大，小球在運動過程中帶電量不變，則()A．小球動能不變B．小球動能增加C．磁場力對小球做功D．小球受到的磁場力不變【解題探究】（1）將玻璃環(huán)等效為_____________。（2）據(jù)電磁場理論判斷_______________，進而明確做功情況?！窘馕觥窟xB。由麥克斯韋電磁場理論知均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場，據(jù)楞次定律可知產(chǎn)生的電場為逆時針方向，電場力與初速度方向一致，電場力對小球做正功，動能增加，A錯B對；洛倫茲力始終不做功，C錯；又據(jù)F洛＝qvB知小球受到的磁場力不斷增大，D錯。一個閉合回路感應(yīng)電場的方向【互動探究】若小球的帶電量為q，玻璃環(huán)形小槽的半徑為R，磁場隨時間的變化規(guī)律是B=kt，則小球沿玻璃環(huán)形小槽運動一周，動能增加多少？【解析】由麥克斯韋電磁場理論可知，當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強度線性增強時，小球所處的環(huán)形小槽內(nèi)感應(yīng)電場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，設(shè)該電動勢為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律得則小球在環(huán)形小槽中運動一周的過程中被電場加速做功為W=qE=qkπR2，因此小球動能增加量為qkπR2。答案:qkπR2【總結(jié)提升】變化的磁場感應(yīng)出電場的分析思路(1)由麥克斯韋的電磁場理論可知變化的磁場會產(chǎn)生電場，且感應(yīng)出的電場的電場線是閉合的，能夠?qū)μ幵诖穗妶鲋械膸щ娏Ｗ幼龉?，因此可假設(shè)一個閉合回路。(2)利用楞次定律判定感應(yīng)電流的方向，從而確定該處的電場方向，進一步判斷感應(yīng)電場對帶電粒子的做功問題?！咀兪絺溥x】關(guān)于電磁場和電磁波，下列敘述中不正確的是()A．變化的電場能夠產(chǎn)生磁場，變化的磁場也能夠產(chǎn)生電場B．電磁波和機械波都不能在真空中傳播C．電磁波在空間傳播時，電磁能也隨著一起傳播D．電磁波穿過兩種介質(zhì)的分界面時頻率不會發(fā)生改變【解析】選B。據(jù)麥克斯韋電磁場理論，只要是變化的電場(或磁場)周圍一定能產(chǎn)生磁場(或電場)，A對；機械波只能在介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播，但電磁波可以在真空中傳播，B錯；波傳播的是振動形式和能量，C對；波的頻率由振源決定，與介質(zhì)無關(guān)，D對，故選B。

考點2電磁波的特點【考點解讀】電磁波與機械波的比較電磁波機械波本質(zhì)不同電磁現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象傳播介質(zhì)不需要介質(zhì)，真空中也可傳播彈性介質(zhì)中才可傳播傳播速度在真空中v＝c＝3.0×108m/s，介質(zhì)中v＝λf真空中v＝0沒有波，介質(zhì)中v＝λf對比分析電磁波機械波波的性質(zhì)橫波橫波或縱波，或二者同時產(chǎn)生產(chǎn)生機理電磁振蕩機械振動周期性變化的物理量電場E、磁場B隨時間和空間周期性變化質(zhì)點位移、加速度隨時間和空間周期性變化共有現(xiàn)象反射、折射、衍射、干涉【典例透析2】(2013·浙江高考)關(guān)于生活中遇到的各種波,下列說法正確的是()A.電磁波可以傳遞信息,聲波不能傳遞信息B.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同【解題探究】(1)聲波是_____波,與電磁波一樣都能傳遞振動的信息和能量。(2)聲波與電磁波傳播速度___同。【解析】選B。A項中電磁波可以傳遞信息,聲波也能傳遞信息,由此判斷A錯誤;B項中手機在通話時,涉及的波既有電磁波又有聲波,B項正確;C項中,太陽光中的可見光的傳播速度遠大于醫(yī)院“B超”中的超聲波的傳播速度,C項錯誤;D項中,遙控器發(fā)出的紅外線波長大于醫(yī)院“CT”中的X射線波長,故D項錯誤。機械不【總結(jié)提升】電磁波與機械波不同的原因電磁波與機械波不同的原因是產(chǎn)生機理不同，電磁波通過周期性變化的電場和磁場進行傳播，因此傳播過程不需要介質(zhì)，且在真空中傳播速度最大，在不同的介質(zhì)中傳播速度不同；機械波依靠介質(zhì)將波源的振動向外進行傳播，因此傳播過程需要介質(zhì)，且介質(zhì)越密傳播速度越大以及由此產(chǎn)生其他的不同作用特點?！咀兪接?xùn)練】關(guān)于以下幾種電磁波的作用，說法錯誤的是()A.傳染病高發(fā)時期在機場、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，是利用了物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同B．刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因為紫外線波長短，分辨率高C．紅外線遙感技術(shù)是利用了紅外線的顯著熱效應(yīng)D．驗鈔機之所以利用紫外線驗鈔是因為紫外線具有熒光效應(yīng)【解析】選C。物體的溫度越高，它輻射的紅外線越強，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度不同檢測通過它的發(fā)熱病人，選項A正確；因為紫外線波長短，用紫外線拍攝指紋照片，分辨率高，選項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特征，選項C錯誤；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D正確。考點3狹義相對論的理解【考點解讀】1.“同時”的相對性由光速不變原理得到不同的時間間隔即對于運動的火車上同時發(fā)生的兩個事件，對于地面就不是同時的；地面上同時發(fā)生的兩個事件，對于運動的火車也是不同時的。深化理解2.“鐘慢尺縮”效應(yīng)(1)運動時鐘變慢是兩個不同慣性系進行時間比較的一種效應(yīng)，不要誤認為是時鐘的結(jié)構(gòu)或精度因運動而發(fā)生了變化，在它們上面的觀測者都將發(fā)現(xiàn)對方的鐘變慢了,運動時鐘變慢完全是相對的，1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機中做環(huán)球飛行，然后與地面的基準鐘對照。實驗結(jié)果與理論預(yù)言符合得很好。這是相對論的第一次宏觀驗證。(2)長度的相對性(動尺縮短)，是“同時”的相對性帶來的一個普遍的時空屬性，它與物體的具體組成和結(jié)構(gòu)無關(guān)，當(dāng)物體運動速度越接近光速，這種收縮效應(yīng)就變得越顯著,長度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對運動的方向上，在垂直于運動方向上，桿的長度沒有變化，這種長度的變化是相對的，如果兩條平行的桿在沿自己的長度方向上做相對運動，與它們一起運動的兩位觀察者都會認為對方的桿縮短了。【典例透析3】(2013·江蘇高考改編)如圖所示,兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行,相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們相距為L,則A測得兩飛船間的距離()A.大于LB.等于LC.小于LD.無法判斷【解題探究】(1)觀察者與研究對象相對靜止時觀測到的長度為_____長度L0。(2)觀察者沿_________方向觀測到物體的長度為L?！窘馕觥窟xA。兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對靜止，兩飛船間的距離等效為“動尺”的固有長度L0，地面與兩艘飛船有相對運動，測得它們的距離為L，據(jù)狹義相對論長度相對性可知L0＞L，選項A正確。固有相對運動【總結(jié)提升】相對論問題的分析思路分析相對論問題的基本方法是狹義相對論的兩個基本原理及基本關(guān)系，因此復(fù)習(xí)過程中要熟記兩個基本原理、理解時間和空間的相對性，知道質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系、相對論質(zhì)能關(guān)系式，應(yīng)該認識到經(jīng)典物理的絕對時空觀是相對論時空觀在速度遠小于光速條件下的一種情形。【變式訓(xùn)練】某宇航員要到離地球10光年的星球上去旅行，如果希望把這路程縮短為8光年，則他所乘坐的飛船相對地球的速度為()A.0.5cB.0.6cC.0.8cD.0.9c【解析】選B。據(jù)長度的相對性將l=8光年，l0=10光年代入式中可得v=0.6c，故選B?！举Y源平臺】渦旋電場的應(yīng)用(2012·福建高考）如圖甲,在圓柱形區(qū)域內(nèi)存在一方向豎直向下、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場,在此區(qū)域內(nèi),沿水平面固定一半徑為r的圓環(huán)形光滑細玻璃管,環(huán)心O在區(qū)域中心。一質(zhì)量為m、帶電量為q(q＞0)的小球,在管內(nèi)沿逆時針方向(從上向下看)做圓周運動。已知磁感應(yīng)強度大小B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示,其中設(shè)小球在運動過程中電量保持不變,對原磁場的影響可忽略。(1)在t=0到t=T0這段時間內(nèi),小球不受細管側(cè)壁的作用力,求小球的速度大小v0;(2)在豎直向下的磁感應(yīng)強度增大過程中,將產(chǎn)生渦旋電場,其電場線是在水平面內(nèi)一系列沿逆時針方向的同心圓,同一條電場線上各點的場強大小相等。試求t=T0到t=1.5T0這段時間內(nèi):①細管內(nèi)渦旋電場的場強大小E;②電場力對小球做的功W?！疽?guī)范解答】（1）小球圓周運動不受側(cè)壁的作用力，因而有①由①式得②（2）①在T0～1.5T0這段時間內(nèi)，細管一周的感應(yīng)電動勢③②由圖乙可知④由于同一條電場線各處場強大小相等，所以有⑤由③④⑤式及⑥③在T0～1.5T0這段時間內(nèi)，小球沿切線方向加速度大小恒為