【物理】2018届一轮复习人教版专题12-5电磁波与相对论学案

【物理】2018届一轮复习人教版专题12-5电磁波与相对论学案

专题12.5 电磁波与相对论 ‎1.掌握麦克斯韦电磁场理论，知道电磁波是横波.‎ ‎2.了解电磁波的产生、传播、发射和接收，熟记电磁波谱.‎ ‎3.了解狭义相对论的基本假设和几个重要结论．‎ ‎ ‎ 一、电磁波的产生 ‎1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．‎ ‎2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．‎ ‎3．电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波．‎ ‎(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质．‎ ‎(2)v＝λf对电磁波同样适用．‎ ‎(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．‎ ‎4．发射电磁波的条件：‎ ‎(1)要有足够高的振荡频率；‎ ‎(2)电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．‎ ‎5．调制：有调幅和调频两种方法．‎ ‎6．电磁波的传播：‎ ‎(1)三种传播方式：天波、地波、空间波．‎ ‎(2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3×‎108m/s.‎ ‎7．电磁波的接收：‎ ‎(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．‎ ‎(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路．‎ ‎(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫做检波，检波是调制的逆过程，也叫做解调．‎ 二、电磁波谱 ‎1．定义：按电磁波的波长从长到短的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱．‎ ‎2．电磁波谱的特性、应用 电磁波谱 频率/Hz 真空中 波长/m 特性 应用 递变 规律 无线电波 ‎<3×1011‎ ‎>10－3‎ 波动性强，‎ 易发生衍射 无线电技术 衍直 射线 能传 力播 减能 弱力 增 强 红外线 ‎1011～1015‎ ‎10－3～10－7‎ 热效应 红外线遥感 可见光 ‎1015‎ ‎10－7‎ 引起视觉 照明、‎ 摄影 紫外线 ‎1015～1017‎ ‎10－7～10－9‎ 化学效应、‎ 荧光效应、‎ 能杀菌 医用消毒、‎ 防伪 X射线 ‎1016～1019‎ ‎10－8～10－11‎ 贯穿性强 检查、医用 透视 γ射线 ‎>1019‎ ‎<10－11‎ 贯穿本领 最强 工业探伤、‎ 医用治疗 ‎ ‎ 三、对狭义相对论的理解 ‎1．两个基本假设 ‎(1)相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．‎ ‎(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．‎ ‎2．相对论的质速关系 ‎(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：‎ m＝.‎ ‎(2)物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.‎ ‎3．相对论的质能关系 用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc2.‎ 高频考点一、电磁波 例1．电磁波](2016·全国甲卷·34)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是________。(填正确答案标号。)‎ A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 答案：　ABC ‎【变式探究】(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是________。‎ A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变 B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射 D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线 E．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信 解析：　X射线的频率比较大，对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，选项A正确；根据电磁波谱的排列顺序可知：γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，选项B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越长，越容易发生衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生衍射，无线电波最容易发生衍射现象，选项C、D错误；无线电波广泛应用于通信、广播、和天体研究中，选项E正确。‎ 答案：　ABE 高频考点二、相对论 例2、如图所示，一束激光频率为ν0，传播方向正对卫星飞行方向，已知真空中光速为c，卫星速度为u，则卫星上观测到激光的传播速度是________，卫星接收到激光的频率ν________(选填“大于”“等于”或“小于”)ν0。‎ ‎ ‎ 解析：　由相对论光速不变原理可得激光速度为c，依据多普勒效应可知，卫星接收到激光的频率ν大于ν0。‎ 答案：　c　大于 ‎【变式探究】以下关于物理学知识的叙述，其中正确的是(　　)‎ A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振 B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在 C．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理 D．狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 答案　BD ‎1．【2016·全国卷Ⅱ】【物理——选修34】‎ N3(1)关于电磁波，下列说法正确的是 ________．‎ A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 ‎【答案】ABC ‎ ‎ 【解析】电磁波在真空中传播速度不变，与频率无关，选项A正确；电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到，选项B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，选项C正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项D错误；电磁波具有能量，电磁振荡停止后，已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项E错误．‎ ‎2．【2016·北京卷】下列说法正确的是(　　)‎ A．电磁波在真空中以光速c传播 B．在空气中传播的声波是横波 C．声波只能在空气中传播 D．光需要介质才能传播 ‎3．【2016·天津卷】我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在1～‎10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是(　　)‎ 图1‎ A．米波的频率比厘米波频率高 B．和机械波一样须靠介质传播 C．同光波一样会发生反射现象 D．不可能产生干涉和衍射现象 ‎【答案】C　【解析】根据波速、波长与频率的关系可知，波长越长的波，频率越低，所以米波的频率比厘米波的频率低，A错误；米波和厘米波都是无线电波，传播不需要介质，B错误；无线电波同光波一样能够发生反射、干涉和衍射现象，C正确，D错误．‎ ‎4．【2016·江苏卷】【选修34】‎ ‎(1)一艘太空飞船静止时的长度为‎30 m，它以‎0.6c(c 为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是________．‎ A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于‎30 m B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于‎30 m C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c ‎【答案】（1）B　【解析】根据狭义相对论，在静止的观察者看来，沿自身长度方向运动的杆缩短．而光速相对于任何惯性系来说总是不变，故选B.‎ ‎1.【2015·上海·1】9．X射线 A．不是电磁波 B．具有反射和折射的特性 C．只能在介质中传播 D．不能发生干涉和衍射 ‎【答案】B ‎【解析】X射线是波长极短的电磁波，故A错误；X射线是波长极短的电磁波，电磁波具有反射与折射的特性，B正确；X射线可以在真空中传播，故C错误；X射线是波长极短的电磁波，能发生干涉和衍射作用，故D错误。‎ ‎1．（2014·天津卷）下列说法正确的是(　　)‎ A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立 B．可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施 C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转 D．观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同 ‎2．（2014·四川卷）电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是(　　)‎ A．电磁波不能产生衍射现象 B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D． 光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 ‎【答案】C　【解析】‎ 衍射现象是波的特有现象，A错误；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，B错误；遥远天体和地球的距离发生变化时，遥远天体的电磁波由于相对距离发生变化而出现多普勒效应，所以能测出遥远天体相对地球的运动速度，C正确；光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的，即光速不变原理，D错误．‎ ‎3．（2014·四川卷）电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是(　　)‎ A．电磁波不能产生衍射现象 B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D． 光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 ‎4．(2013·江苏单科·12B(2))如图3所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________．‎ 图3‎ 答案　大于　c(或光速)‎ 解析　狭义相对论的两个基本假设之一就是光速不变原理，因此A测得信号的速度仍等于c(或光速)，根据长度的相对性得L＝L0，即L0＝>L，则A测得两飞船距离应大于L.‎ ‎5．(2013·浙江·14)关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是(　　)‎ A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同 D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同 答案　B 解析　电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，A选项错误；太阳光中的可见光属于电磁波，而“B超”中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，C选项错误；遥控器发出的红外线波长比X射线波长大得多，D选项错误，正确选项为B.‎ ‎1．电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是(　　)‎ A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线 B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线 C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波 D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线 解析：选A.在电磁波家族中，按波长由长到短分别有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，所以A项对．‎ ‎2．关于电磁波，下列说法正确的是(　　)‎ A．雷达是用X光来测定物体位置的设备 B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调 C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光 D．变化的电场可以产生变化的磁场 ‎3．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中(　　)‎ A．真空中光速不变　　　　 B．时间间隔具有相对性 C．物体的质量不变 D．物体的能量与质量成正比 解析：选A.狭义相对论的两条假设分别是：在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律相同．‎ ‎4．如图3－3所示，强强乘坐速度为‎0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为‎0.5c.强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为(　　)‎ 图3－3‎ A．‎0.4c　　　　　　　　　　　　 B．‎‎0.5c C．‎0.9c D．‎‎1.0c 解析：选D.根据爱因斯坦狭义相对论光速不变原理可知．‎ ‎5.如图3－4所示，一根‎10 m长的梭镖以相对论速度穿过一根‎10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的．以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况(　　)‎ 图3－4‎ A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来 C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖 D．所有这些都与观察者的运动情况有关 ‎6．有两只对准的标准钟，一只留在地面上，另一只放在高速飞行的飞船上，则下列说法正确的是(　　)‎ A．飞船上的人看到自己的钟比地面上的钟走得慢 B．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得慢 C．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快 D．因为是两只对准的标准钟，所以两钟走时快慢相同 解析：选C。‎ 无论是飞船上的人还是地面上的人，只要钟与人有相对运动，人观察到钟都会变慢．飞船上的人看到地面上的钟比自己的钟走得慢，A错；地面上的人看到飞船上的钟比自己的钟走得慢，B错，C对；两只对准的标准钟，不同的观察者来看，走得快慢可能不同，D错． ‎ ‎7．根据气体吸收谱线的红移现象推算，有一类星体远离我们的速度高达光速c的80%，即每秒24万公里．则在该类星体上测得它发出光的速度是________，我们观测到它的体积比它实际体积________(填“大”或“小”)，该类星体上的π介子平均寿命比在地球上________(填“长”或“短”)．‎ 解析：本题考查了狭义相对论中光速不变，长度变短，时间变长三个结论．‎ 答案：c　小　长 ‎8．(1)麦克斯韦电磁理论的内容是：________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是与该处电磁波的传播方向________，这就说明电磁波是________波．‎ ‎(3)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1000 MHz的范围内，请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题．‎ ‎①雷达发射电磁波的波长范围是多少？‎ ‎②能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？‎ ‎②电磁波测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来确定距离，所以可根据x＝vt确定和目标间的距离．‎ 答案：见解析