關于麥克斯韋電磁場理論

第四課時電磁波相對論1.理解麥克斯韋電磁場理論的要點.2.了解電磁波及其傳播，了解電磁波的發(fā)射、接收過程.3.了解電磁波譜及其相關應用.4.知道狹義相對論的基本假設、質速關系及相對論質能公式(只限于定性了解).1．麥克斯韋電磁場理論(1)發(fā)現(xiàn):19世紀60年代，由英國物理學家麥克斯韋建立了完整的電磁場理論，并預言了電磁波的存在.1888年，赫茲用實驗證明了電磁波的存在．(2)主要論點:變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場．變化的電場和變化的磁場相互聯(lián)系在一起，就會在空間形成一個統(tǒng)一的、不可分割的電磁場．2.電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，且由近及遠地向周圍傳播，形成了電磁波.(2)電磁波特點①電磁波中的磁感應強度方向和電場強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，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、干涉和衍射等現(xiàn)象.(3)電磁波的發(fā)射和接收①發(fā)射條件:足夠高的頻率和開放電路．②調制有兩種形式:調幅和調頻．③調諧:使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程．④解調:使聲音和圖像信號從高頻電流中還原出來的過程．(4)電磁波譜①按電磁波的波長從長到短分布是無線電波、紅外線、可見光、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(頻率)因而具有不同的特性．同種電磁波在不同介質中傳播時，頻率不變；不同電磁波在同一介質中傳播時，傳播速度不同.(對應學生用書第155頁)1．關于麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是(D)A．電場產(chǎn)生磁場，磁場產(chǎn)生電場B．變化的電場產(chǎn)生變化的磁場C．恒定電流周圍不產(chǎn)生磁場D．變化的磁場產(chǎn)生電場解析:變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，所以AB錯誤，D正確．恒定電流在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，所以C錯誤．2．(2010年宜賓市模擬)關于電磁場和電磁波，下列說法中不正確的是(A)A．變化的電場周圍產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生變化的電場，兩者互相聯(lián)系，統(tǒng)稱為電磁場B．電磁場從發(fā)生區(qū)域由近及遠的傳播稱為電磁波C．電磁波是一種物質，可在真空中傳播．所以平日說真空沒有實物粒子，但不等于什么都沒有，有“場”這種特殊物質D．電磁波在真空中的傳播速度總是3×108m/s解析:根據(jù)麥克斯韋電磁場理論知變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，所以A錯誤．3．(2010年北京理綜)屬于狹義相對論基本假設的是:在不同的慣性系中(A)A．真空中光速不變B．時間間隔具有相對性C．物體的質量不變D．物體的能量與質量成正比解析:狹義相對論兩個基本假設為①相對性原理，②光速不變原理，任何慣性系真空中的光速均為c，所以只有A正確．電磁場理論的理解【例1】下列關于電磁場的說法中不正確的是()A．只要空間某處有變化的電場或磁場，就會在其周圍產(chǎn)生電磁場，從而形成電磁波B．任何變化的電場周圍一定有磁場C．振蕩電場和振蕩磁場交替產(chǎn)生，相互依存，形成不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場D．電磁波的理論在先，實踐證明在后思路點撥：依據(jù)麥克斯韋電磁場理論分析解答．解析：由麥克斯韋電磁場理論可知，A錯誤，B.C正確．英國物理學家麥克斯韋從理論上預見了電磁波的存在，并指出電磁波的特點．例如：電磁波的傳播不需要介質，它在真空中的速度等于光速，電磁波是橫波等，進而說明光是電磁波家庭中的一員．二十多年后由德國物理學家赫茲驗證．所以D正確．答案：A.深刻理解麥克斯韋電磁場理論是解決本題的關鍵.電磁波和電磁波譜1.電磁波與機械波的相同點(1)都具有周期性.(2)都是波，具備波的一切特性，如反射、折射、干涉和衍射.(3)波長、波速、頻率關系式相同，即v＝λf.2.電磁波與機械波的區(qū)別機械波在介質中傳播速度由介質決定，而電磁波在介質中的傳播速度與介質和頻率都有關.3.電磁波譜的分析(1)波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性.其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強.(2)電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機理不同.【例2】(2010年福建模擬)當代人類的生活和電磁波緊密相關，關于電磁波，下列說法正確的是()A．只要把帶電體和永磁體放在一起，就會在周圍空間產(chǎn)生電磁波B．電磁波在傳播過程中，其波速始終保持不變C．電視機、收音機和手機所接收的信號都屬于電磁波D．微波爐內所產(chǎn)生的微波不是電磁波，而是波長很短的機械波思路點撥:(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用及與機械波的區(qū)別．選項診斷結論A變化的磁場、電場才產(chǎn)生電磁波×B電磁波的傳播速度與介質有關×C電磁波能夠攜帶信號√D微波是波長較短的電磁波×解析:逐項分析如下答案:C.電磁波和機械波最大區(qū)別在于傳播需要介質還是不需要介質.針對訓練21:(2009年四川理綜改編)關于電磁波，下列說法正確的是()A．雷達是用X光來測定物體位置的設備B．使電磁波隨各種信號而改變的技術叫做解調C．用紅外線照射時，大額鈔票上用熒光物質印刷的文字會發(fā)出可見光D．電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射解析:雷達是利用微波來定位的，A項錯誤；使電磁波隨各種信號而改變的技術叫調制，B項錯誤；鈔票是利用紫外線的熒光作用，C項錯誤；電磁波是波，就具有波特有的各種現(xiàn)象，D項正確．答案:D.狹義相對論的簡單應用【例3】(2010年鹽城市模擬)(6分)根據(jù)氣體吸收譜線的紅移現(xiàn)象推算，有一類星體遠離我們的速度高達光速c的80%，即每秒24萬公里．則在該類星體上測得它發(fā)出光的速度是__________，我們觀測到它的體積比它實際體積________(填“大”或“小”)，該類星體上的π介子平均壽命比在地球上________(填“長”或“短”)．思路點撥:(1)真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的．(2)時間和空間的相對性公式．答案:c小長容易錯誤認為光速受不同參考系的影響.考點一:電磁波和機械波的區(qū)別【例1】(基礎題)(2009年北京卷)類比是一種有效的學習方法，通過歸類和比較，有助于掌握新知識，提高學習效率．在類比過程中，既要找出共同之處，又要抓住不同之處．某同學對機械波和電磁波進行類比，總結出下列內容，其中不正確的是()A．機械波的頻率、波長和波速三者滿足的關系，對電磁波也適用B．機械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C．機械波的傳播依賴于介質，而電磁波可以在真空中傳播D．機械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波思路點撥:通過對比電磁波與機械波的異同．進行分析判斷．選項診斷結論Aλ＝適用于一切波，當然對電磁波也適用√B干涉和衍射是一切波具有的特性．機械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象．√C機械波要靠介質來傳播，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)生的電場和磁場方向都垂直，都是橫波．×解析:逐項分析如下:答案:D.本題是選不正確的，要注意審題.考點二:狹義相對論的簡單應用【例2】(基礎題)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________．答案:C正確理解狹義相對論中長度公式是解決此類題目的關鍵.(2010年天津理綜，1)下列關于電磁波的說法正確的是(A)A．均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場B．電磁波在真空和介質中傳播速度相同C．只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波D．電磁波在同種介質中只能沿直線傳播解析:變化的磁場產(chǎn)生電場，故A正確；電磁波在真空中傳播速度大于在介質中傳播的速度，故B項錯；只有周期性變化的電場和磁場在空間才能產(chǎn)生電磁波，故C項錯誤；所有的波動都具有衍射的特性，故D項錯誤．(1)本題考查電磁波的形成和傳播規(guī)律.(2)突破本題的關鍵是知道產(chǎn)生電磁波的條件和電磁波在傳播時不需要介質1.(2010年合肥市模擬)關于電磁場和電磁波，下列說法正確的是(C)A．電磁場是一種物質，它只能在真空中傳播B．電磁波在真空中傳播時，它的電場強度和磁感應強度方向互相平行C．由于微波衍射現(xiàn)象不明顯，所以雷達用它測定物體的位置D．大氣對藍光的吸收較強，所以天空看起來是藍色的解析:電磁場是一種特殊的物質，在真空、介質中都可以傳播，A錯誤．電磁波在真空中傳播時，它的電場強度和磁感應強度方向互相垂直，B錯誤．當太陽光通過空氣時，太陽光中波長較長的紅光、橙光、黃光都能穿透大氣層，直接射到地面，而波長較短的青藍紫等色光，很容易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)出藍色，D錯誤．2．(2009年天津理綜)下列關于電磁波的說法正確的是(B)A．電磁波必須依賴介質傳播B．電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象C．電磁波不會發(fā)生偏振現(xiàn)象D．電磁波無法攜帶信息傳播解析:根據(jù)電磁波的產(chǎn)生機理及傳播特性可知，電磁波傳播不需要介質，選項A錯誤；干涉、衍射是所有波都具有的共同特性，選項B正確；由于電磁波是橫波，故能發(fā)生偏振現(xiàn)象，選項C錯誤；電磁波能夠攜帶圖像、聲音等信息進行傳播，選項D錯誤．3．(2010年宿遷模擬)關于電磁波，下列說法中正確的是(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．電磁波由真空進入介質，速度變小，頻率不變D．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．電磁波由真空進入介質，波速變小，而頻率不變，C正確．變化的電場、磁場由變化區(qū)域向外傳播就形成電磁波，發(fā)射電路的電磁振蕩停止時，雖不再發(fā)射電磁波，但已發(fā)射出的電磁波還要繼續(xù)傳播，故D錯．4．(2010年北京模擬)關于電磁波，下列說法中不正確的是(B)A．在傳播過程中傳遞能量B．其頻率與傳播波的介質有關C．它能產(chǎn)生干涉、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)生干涉、衍射現(xiàn)象，可以傳遞能量，電磁波的頻率由電磁場周期變化的頻率決定．與介質無關，B錯誤．5．(2010年上海物理卷)電磁波包含了γ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(A)A．無線電波、紅外線、紫外線、γ射線B．紅外線、無線電波、γ射線、紫外線C．γ射線、紅外線、紫外線、無線電波D．紫外線、無線電波、γ射線、紅外線解析:常見的電磁波按波長由長到短的排列順序是:無線電波，紅外線，可見光，紫外線，X射線，γ射線．6．(2009年江蘇卷)如圖所示，強強乘坐速度為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，強強向壯壯發(fā)出一束光進行聯(lián)絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為(D)aA．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c解析:根據(jù)狹義相對論光速不變原理知D正確．7．(2010年徐州模擬)下列說法中正確的是(D)A．雷達是利用聲波的反射來測定物體的位置B．調諧是電磁波發(fā)射的過程，調制是電磁波接收的過程C．在雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由綠光改為紅光，則相鄰干涉條紋間距變窄D．考慮相對論效應，一沿自身長度方向高速運動的桿長總比靜止時的桿長短解析:雷達可以利用電磁波的反射來測定物體