【物理】2018届一轮复习人教版专题12-5电磁波与相对论学案

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【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
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