關(guān)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論

第四課時(shí)電磁波相對(duì)論1．理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的要點(diǎn)．2．了解電磁涉及其傳播，了解電磁波的放射、接收過(guò)程．3．了解電磁波譜及其相關(guān)應(yīng)用．4．知道狹義相對(duì)論的根本假設(shè)、質(zhì)速關(guān)系及相對(duì)論質(zhì)能公式(只限于定性了解)．1．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論(1)覺(jué)察：19世紀(jì)60年月，由英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋建立了完整的電磁場(chǎng)理論，并預(yù)言了電磁波的存在.1888年，赫茲用試驗(yàn)證明白電磁波的存在．(2)主要論點(diǎn)：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)．變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起，就會(huì)在空間形成一個(gè)統(tǒng)一的、不行分割的電磁場(chǎng)．2．電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，且由近及遠(yuǎn)地向四周傳播，形成了電磁波．(2)電磁波特點(diǎn)①電磁波中的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與傳播方向相互垂直，所以電磁波是橫波．②電磁波的傳播不需要任何介質(zhì)，它在真空中傳播的速度是c＝3×108_m/s.③電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干預(yù)和衍射等現(xiàn)象．(3)電磁波的放射和接收①放射條件：足夠高的頻率和開(kāi)放電路．②調(diào)制有兩種形式：調(diào)幅和調(diào)頻．③調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程．④解調(diào)：使聲音和圖像信號(hào)從高頻電流中復(fù)原出來(lái)的過(guò)程．(4)電磁波譜①按電磁波的波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短分布是無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和γ射線，形成電磁波譜．②不同的電磁波由于具有不同的波長(zhǎng)(頻率)因而具有不同的特性．同種電磁波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變；不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播速度不同．(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第155頁(yè))1．關(guān)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是(D)A．電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)B．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)C．恒定電流四周不產(chǎn)生磁場(chǎng)D．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)解析：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，所以AB錯(cuò)誤，D正確．恒定電流在四周產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，所以C錯(cuò)誤．2．(2023年宜賓市模擬)關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，以下說(shuō)法中不正確的選項(xiàng)是(A)A．變化的電場(chǎng)四周產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)四周產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，兩者相互聯(lián)系，統(tǒng)稱(chēng)為電磁場(chǎng)B．電磁場(chǎng)從發(fā)生區(qū)域由近及遠(yuǎn)的傳播稱(chēng)為電磁波C．電磁波是一種物質(zhì)，可在真空中傳播．所以平日說(shuō)真空沒(méi)有實(shí)物粒子，但不等于什么都沒(méi)有，有“場(chǎng)”這種特殊物質(zhì)D．電磁波在真空中的傳播速度總是3×108m/s解析：依據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論知變化的磁場(chǎng)四周產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)四周產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以A錯(cuò)誤．3．(2023年北京理綜)屬于狹義相對(duì)論根本假設(shè)的是：在不同的慣性系中(A)A．真空中光速不變B．時(shí)間間隔具有相對(duì)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：狹義相對(duì)論兩個(gè)根本假設(shè)為①相對(duì)性原理，②光速不變?cè)恚魏螒T性系真空中的光速均為c，所以只有A正確．電磁場(chǎng)理論的理解【例1】以下關(guān)于電磁場(chǎng)的說(shuō)法中不正確的選項(xiàng)是()A．只要空間某處有變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，就會(huì)在其四周產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而形成電磁波B．任何變化的電場(chǎng)四周肯定有磁場(chǎng)C．振蕩電場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，相互依存，形成不行分別的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)D．電磁波的理論在先，實(shí)踐證明在后思路點(diǎn)撥：依據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論分析解答．解析：由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，A錯(cuò)誤，B、C正確．英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋從理論上預(yù)見(jiàn)了電磁波的存在，并指出電磁波的特點(diǎn)．例如：電磁波的傳播不需要介質(zhì)，它在真空中的速度等于光速，電磁波是橫波等，進(jìn)而說(shuō)明光是電磁波家庭中的一員．二十多年后由德國(guó)物理學(xué)家赫茲驗(yàn)證．所以D正確．答案：A.深刻理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論是解決此題的關(guān)鍵．電磁波和電磁波譜1．電磁波與機(jī)械波的一樣點(diǎn)(1)都具有周期性．(2)都是波，具備波的一切特性，如反射、折射、干預(yù)和衍射．(3)波長(zhǎng)、波速、頻率關(guān)系式一樣，即v＝λf.2．電磁波與機(jī)械波的區(qū)分機(jī)械波在介質(zhì)中傳播速度由介質(zhì)打算，而電磁波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)和頻率都有關(guān)．3．電磁波譜的分析(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)生干預(yù)、衍射現(xiàn)象；波長(zhǎng)較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透力量較強(qiáng)．(2)電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長(zhǎng)并沒(méi)有很明顯的界限，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同．【例2】(2023年福建模擬)當(dāng)代人類(lèi)的生活和電磁波嚴(yán)密相關(guān)，關(guān)于電磁波，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．只要把帶電體和永磁體放在一起，就會(huì)在四周空間產(chǎn)生電磁波B．電磁波在傳播過(guò)程中，其波速始終保持不變C．電視機(jī)、收音機(jī)和手機(jī)所接收的信號(hào)都屬于電磁波D．微波爐內(nèi)所產(chǎn)生的微波不是電磁波，而是波長(zhǎng)很短的機(jī)械波思路點(diǎn)撥：(1)電磁波產(chǎn)生條件；(2)電磁波的傳播規(guī)律；(3)電磁波譜中各電磁波的應(yīng)用及與機(jī)械波的區(qū)分．選項(xiàng)診斷結(jié)論A變化的磁場(chǎng)、電場(chǎng)才產(chǎn)生電磁波×B電磁波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)×C電磁波能夠攜帶信號(hào)√D微波是波長(zhǎng)較短的電磁波×解析：逐項(xiàng)分析如下答案：C.電磁波和機(jī)械波最大區(qū)分在于傳播需要介質(zhì)還是不需要介質(zhì)．針對(duì)訓(xùn)練21：(2023年四川理綜改編)關(guān)于電磁波，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．雷達(dá)是用X光來(lái)測(cè)定物體位置的設(shè)備B．使電磁波隨各種信號(hào)而轉(zhuǎn)變的技術(shù)叫做解調(diào)C．用紅外線照射時(shí)，大額鈔票上用熒光物質(zhì)印刷的文字會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光D．電磁波能發(fā)生反射、折射、干預(yù)、衍射解析：雷達(dá)是利用微波來(lái)定位的，A項(xiàng)錯(cuò)誤；使電磁波隨各種信號(hào)而轉(zhuǎn)變的技術(shù)叫調(diào)制，B項(xiàng)錯(cuò)誤；鈔票是利用紫外線的熒光作用，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電磁波是波，就具有波特有的各種現(xiàn)象，D項(xiàng)正確．答案：D.狹義相對(duì)論的簡(jiǎn)潔應(yīng)用【例3】(2023年鹽城市模擬)(6分)依據(jù)氣體吸取譜線的紅移現(xiàn)象推算，有一類(lèi)星體遠(yuǎn)離我們的速度高達(dá)光速c的80%，即每秒24萬(wàn)公里．則在該類(lèi)星體上測(cè)得它發(fā)出光的速度是__________，我們觀測(cè)到它的體積比它實(shí)際體積________(填“大”或“小”)，該類(lèi)星體上的π介子平均壽命比在地球上________(填“長(zhǎng)”或“短”)．思路點(diǎn)撥：(1)真空中的光速在不同的慣性參考系中都是一樣的．(2)時(shí)間和空間的相對(duì)性公式．答案：c小長(zhǎng)簡(jiǎn)潔錯(cuò)誤認(rèn)為光速受不同參考系的影響．考點(diǎn)一：電磁波和機(jī)械波的區(qū)分【例1】(根底題)(2023年北京卷)類(lèi)比是一種有效的學(xué)習(xí)方法，通過(guò)歸類(lèi)和比較，有助于把握新學(xué)問(wèn)，提高學(xué)習(xí)效率．在類(lèi)比過(guò)程中，既要找出共同之處，又要抓住不同之處．某同學(xué)對(duì)機(jī)械波和電磁波進(jìn)展類(lèi)比，總結(jié)出以下內(nèi)容，其中不正確的選項(xiàng)是()A．機(jī)械波的頻率、波長(zhǎng)和波速三者滿足的關(guān)系，對(duì)電磁波也適用B．機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干預(yù)和衍射現(xiàn)象C．機(jī)械波的傳播依靠于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播D．機(jī)械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波思路點(diǎn)撥：通過(guò)比照電磁波與機(jī)械波的異同．進(jìn)展分析推斷．選項(xiàng)診斷結(jié)論Aλ＝適用于一切波，當(dāng)然對(duì)電磁波也適用√B干涉和衍射是一切波具有的特性．機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象．√C機(jī)械波要靠介質(zhì)來(lái)傳播，而電磁波可在真空中傳播√D電磁波的傳播方向與交替產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向都垂直，都是橫波．×解析：逐項(xiàng)分析如下：答案：D.此題是選不正確的，要留意審題．考點(diǎn)二：狹義相對(duì)論的簡(jiǎn)潔應(yīng)用【例2】(根底題)慣性系S中有一邊長(zhǎng)為l的正方形(如圖A所示)，從相對(duì)S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測(cè)得該正方形的圖象是________．答案：C正確理解狹義相對(duì)論中長(zhǎng)度公式是解決此類(lèi)題目的關(guān)鍵．(2023年天津理綜，1)以下關(guān)于電磁波的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是(A)A．均勻變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)B．電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度一樣C．只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波D．電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播解析：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，故A正確；電磁波在真空中傳播速度大于在介質(zhì)中傳播的速度，故B項(xiàng)錯(cuò)；只有周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間才能產(chǎn)生電磁波，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；全部的波動(dòng)都具有衍射的特性，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．(1)此題考察電磁波的形成和傳播規(guī)律．(2)突破此題的關(guān)鍵是知道產(chǎn)生電磁波的條件和電磁波在傳播時(shí)不需要介質(zhì)1.(2023年合肥市模擬)關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是(C)A．電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)，它只能在真空中傳播B．電磁波在真空中傳播時(shí)，它的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相互平行C．由于微波衍射現(xiàn)象不明顯，所以雷達(dá)用它測(cè)定物體的位置D．大氣對(duì)藍(lán)光的吸取較強(qiáng)，所以天空看起來(lái)是藍(lán)色的解析：電磁場(chǎng)是一種特殊的物質(zhì)，在真空、介質(zhì)中都可以傳播，A錯(cuò)誤．電磁波在真空中傳播時(shí)，它的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相互垂直，B錯(cuò)誤．當(dāng)太陽(yáng)光通過(guò)空氣時(shí)，太陽(yáng)光中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光、橙光、黃光都能穿透大氣層，直接射到地面，而波長(zhǎng)較短的青藍(lán)紫等色光，很簡(jiǎn)潔被懸浮在空氣中的微粒阻擋，從而使光線射向四方使天空呈現(xiàn)出藍(lán)色，D錯(cuò)誤．2．(2023年天津理綜)以下關(guān)于電磁波的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是(B)A．電磁波必需依靠介質(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(wú)法攜帶信息傳播解析：依據(jù)電磁波的產(chǎn)生氣理及傳播特性可知，電磁波傳播不需要介質(zhì)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；干預(yù)、衍射是全部波都具有的共同特性，選項(xiàng)B正確；由于電磁波是橫波，故能發(fā)生偏振現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波能夠攜帶圖像、聲音等信息進(jìn)展傳播，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．3．(2023年宿遷模擬)關(guān)于電磁波，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是(C)A．在真空中，頻率高的電磁波傳播速度較大B．在真空中，電磁波的能量越大，傳播速度越大C．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)，速度變小，頻率不變D．只要放射電路的電磁振蕩一停頓，產(chǎn)生的電磁波馬上消逝解析：任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都是c，故A、B都錯(cuò)．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)，波速變小，而頻率不變，C正確．變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)由變化區(qū)域向外傳播就形成電磁波，放射電路的電磁振蕩停頓時(shí)，雖不再放射電磁波，但已放射出的電磁波還要連續(xù)傳播，故D錯(cuò)．4．(2023年北京模擬)關(guān)于電磁波，以下說(shuō)法中不正確的選項(xiàng)是(B)A．在傳播過(guò)程中傳遞能量B．其頻率與傳播波的介質(zhì)有關(guān)C．它能產(chǎn)生干預(yù)、衍射現(xiàn)象D．它能在真空中傳播解析：電磁波可以在真空中傳播，可以產(chǎn)生干預(yù)、衍射現(xiàn)象，可以傳遞能量，電磁波的頻率由電磁場(chǎng)周期變化的頻率打算．與介質(zhì)無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤．5．(2023年上海物理卷)電磁波包含了γ射線、紅外線、紫外線、無(wú)線電波等，按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的排列挨次是(A)A．無(wú)線電波、紅外線、紫外線、γ射線B．紅外線、無(wú)線電波、γ射線、紫外線C．γ射線、紅外線、紫外線、無(wú)線電波D．紫外線、無(wú)線電波、γ射線、紅外線解析：常見(jiàn)的電磁波按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的排列挨次是：無(wú)線電波，紅外線，可見(jiàn)光，紫外線，X射線，γ射線．6．(2023年江蘇卷)如下圖，強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為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0.5c，強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)展聯(lián)絡(luò)，則壯壯麗測(cè)到該光束的傳播速度為(D)aA．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c解析：依據(jù)狹義相對(duì)論光速不變?cè)碇狣正確．7．(2023年徐州模擬)以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是(D)A．雷達(dá)是利用聲波的反射來(lái)測(cè)定物體的位置B．調(diào)諧是電磁波放射的過(guò)程，調(diào)制是電磁波接收的過(guò)程C．在雙縫干預(yù)試驗(yàn)中，假設(shè)僅將入射光由綠光改為紅光，則相鄰干預(yù)條紋間距變窄D．考慮相對(duì)論效應(yīng)，一沿自身長(zhǎng)度方向高速運(yùn)動(dòng)的桿長(zhǎng)總比靜止時(shí)的桿長(zhǎng)短解析：雷達(dá)可以利用電磁波的反射來(lái)測(cè)定物體的位置，A錯(cuò)誤；調(diào)諧是