【先學(xué)后教新思路】2020高考物理一輪復(fù)習(xí)-教案58-電磁波與相對論

電磁波與相對論考綱解讀1.把握麥克斯韋電磁場理論，知道電磁波是橫波.2.了解電磁波的產(chǎn)生、傳播、放射和接收，熟記電磁波譜.3.了解狹義相對論的基本假設(shè)和幾個重要結(jié)論．1．關(guān)于麥克斯韋的電磁場理論，下列說法正確的是()A．穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場B．均勻變化的電場產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場C．變化的電場產(chǎn)生的磁場確定是變化的D．振蕩的電場四周空間產(chǎn)生的磁場也是振蕩的答案D解析麥克斯韋的電磁場理論要點是：變化的磁場(電場)要在四周空間產(chǎn)生電場(磁場)，若磁場(電場)的變化是均勻的，產(chǎn)生的電場(磁場)是穩(wěn)定的，若磁場(電場)的變化是振蕩的，產(chǎn)生的電場(磁場)也是振蕩的，由此可判定正確答案為D項．2．如圖1所示為LC振蕩電路某時刻的狀況，以下說法中正確的是 ()A．電容器正在充電B．電感線圈中的磁場能正在增加C．電感線圈中的電流正在增大 圖1D．此時刻自感電動勢正在阻礙電流增大答案BCD解析由圖中的磁感線的方向，運用右手螺旋定則可以推斷出電路中的電流從上向下看為逆時針方向．再結(jié)合電容器極板的電性，可以得到電容器正在放電，故A錯；放電過程中，電容器極板上的電荷削減，電場能減小，線圈中的電流增大，磁場能變大，故B、C對；由于線圈中的電流增大，產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增大，D對．3．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挨次是 ()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、紅外線答案A解析電磁波的波長范圍很廣，按波長由長到短的挨次排列，其挨次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線．所以，A的排列挨次是正確的．4．關(guān)于狹義相對論的說法，不正確的是 ()A．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B．狹義相對論認為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運動無關(guān)C．狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系D．狹義相對論任何狀況下都適用答案D解析狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，選項A正確；狹義相對論認為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不變原理)，與光源的運動無關(guān)，選項B正確；狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系，故選項C正確，D錯誤．考點梳理1．麥克斯韋電磁場理論變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場．2．電磁場變化的電場在四周空間產(chǎn)生磁場，變化的磁場在四周空間產(chǎn)生電場，變化的電場和磁場成為一個完整的整體，這就是電磁場．3．電磁波的特性(1)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速)．(2)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越?。?3)電磁波的頻率f、波長λ和波速v的關(guān)系：v＝λf.(4)電磁波是橫波，具有波的特性，能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象．4．電磁波的放射與接收(1)電磁振蕩(LC電路)的周期T＝2πeq\r(LC)，頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC)).(2)放射電磁波的條件：①振蕩電路要有足夠高的頻率．②振蕩電路應(yīng)接受開放電路．放射電磁波需經(jīng)過調(diào)制過程，調(diào)制的方法分為調(diào)頻和調(diào)幅．接收電磁波需經(jīng)過解調(diào)過程，解調(diào)是調(diào)制的逆過程．5．狹義相對論(1)狹義相對論的基本假設(shè)①在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的．②真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的．(2)時間間隔的相對性Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).(3)長度的相對性l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2).(4)相對論的速度變換公式u＝eq\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2)).(5)相對論質(zhì)量m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).(6)質(zhì)能方程E＝mc2.考點一對麥克斯韋電磁場理論和電磁波的理解1．對麥克斯韋電磁場理論的理解2．對電磁波的理解(1)電磁波是橫波．電磁波的電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直，如圖2所示．圖2(2)電磁波與機械波不同，機械波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)有關(guān)，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)．例1(1)下列關(guān)于電磁波的說法正確的是 ()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(zhì)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(zhì)中只能沿直線傳播(2)目前雷達放射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內(nèi)．請回答下列關(guān)于雷達和電磁波的有關(guān)問題．①雷達放射電磁波的波長范圍是多少？②能否依據(jù)雷達發(fā)出的電磁波確定雷達和目標間的距離？解析(1)假如電場(或磁場)是均勻變化的，產(chǎn)生的磁場(或電場)是恒定的，不能產(chǎn)生新的電場(磁場)，因而不能產(chǎn)生電磁波，A正確，C錯誤；電磁波的傳播速度跟介質(zhì)有關(guān)，頻率由波源打算，同一頻率的電磁波在不同介質(zhì)中波長不等，由v＝λf知不同介質(zhì)中波的傳播速度不同，B錯誤；電磁波在同種均勻介質(zhì)中才能沿直線傳播，D錯誤．(2)①由c＝λf可得：λ1＝eq\f(c,f1)＝eq\f(3.0×108,200×106)m＝1.5m，λ2＝eq\f(c,f2)＝eq\f(3.0×108,1000×106)m＝0.3m.故雷達放射電磁波的波長范圍是0.3m～1.5m.②電磁波測距的原理就是通過放射和接收電磁波的時間間隔來確定距離，所以可依據(jù)x＝eq\f(vt,2)確定雷達和目標間的距離．答案(1)A(2)①0.3m～1.5m②能突破訓(xùn)練1下列關(guān)于電磁場的說法中正確的是 ()A．只要空間某處有變化的電場或磁場，就會在其四周產(chǎn)生電磁場，從而形成電磁波B．任何變化的電場四周確定有磁場C．振蕩電場和振蕩磁場交替產(chǎn)生，相互依存，形成不行分別的統(tǒng)一體，即電磁場D．電磁波的理論在先，實踐證明在后答案BCD解析依據(jù)麥克斯韋的電磁場理論可知選項B正確．若電場或磁場的變化是均勻的，則不能形成電磁波，只能形成穩(wěn)定的磁場或電場，選項A錯誤．若電場的變化是非均勻的，則可形成電磁場，由電磁場的定義可知選項C正確．英國物理學(xué)家麥克斯韋從理論上預(yù)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(zhì)，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．后來德國物理學(xué)家赫茲用試驗驗證了電磁波的存在．所以選項D正確．考點二電磁波譜分析及電磁波的應(yīng)用電磁波譜頻率/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)紅外線1011～101510－3～10－7熱效應(yīng)紅外遙感可見光101510－7引起視覺照明、攝影紫外線1015～101710－7～10－9化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910－8～10－11貫穿本事強檢查、醫(yī)用透視γ射線>1019<10－11貫穿本事最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療特殊提示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，穿透力氣較強．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下列說法中正確的是 ()A．紅外線、紫外線、倫琴射線和γ射線在真空中傳播的速度均一樣，均為3×108B．紅外線應(yīng)用在遙感技術(shù)中，是利用它穿透本事強的特性C．紫外線在水中的傳播速度小于紅外線在水中的傳播速度D．日光燈是紫外線的熒光效應(yīng)的應(yīng)用解析不同波長的電磁波在真空中的傳播速度均為c；紅外線在遙感技術(shù)中用到了它的衍射現(xiàn)象；紫外線在水中的傳播速度小于紅外線在水中的傳播速度；利用紫外線的熒光效應(yīng)可以制成日光燈．由此可知A、C、D正確．答案ACD突破訓(xùn)練2關(guān)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(shè)備B．使電磁波隨各種信號而轉(zhuǎn)變的技術(shù)叫做解調(diào)C．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D．變化的電場可以產(chǎn)生磁場答案D解析雷達是用微波測定物體的位置，A錯；使電磁波隨各種信號而轉(zhuǎn)變的技術(shù)叫調(diào)制，B錯；使鈔票上的熒光物質(zhì)發(fā)出可見光的是紫外線，C錯；依據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的電場可以產(chǎn)生磁場，D正確．考點三對狹義相對論的理解1．慣性系：假如牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系．相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系．2．光速的大小與選取的參考系無關(guān)，由于光速是從麥克斯韋方程組中推導(dǎo)出來的，無任何前提條件．3．狹義相對論認為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān)，其關(guān)系式為m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v,c)2)).例3如圖3所示，考慮幾個問題：圖3(1)如圖所示，參考系O′相對于參考系O靜止時，人看到的光速應(yīng)是多少？(2)參考系O′相對于參考系O以速度v向右運動，人看到的光速應(yīng)是多少？(3)參考系O相對于參考系O′以速度v向左運動，人看到的光速又是多少？解析依據(jù)狹義相對論的一個基本假設(shè)：光速不變原理，可知光速是不變的，都應(yīng)是c.答案(1)c(2)c(3)c突破訓(xùn)練3據(jù)報導(dǎo)，歐洲大型強子對撞機(LHC)已于2008年9月10日開啟，并加速了第一批質(zhì)子，該對撞機“開足馬力”后能把數(shù)以百萬計的粒子加速至每秒鐘30萬公里，相當于光速的99.9%，粒子流每秒可在隧道內(nèi)狂飆11245圈，單束粒子能量可達7萬億電子伏特．下列說法正確的是 ()A．假如連續(xù)對粒子進行加速，粒子的速度將能夠達到光速B．假如連續(xù)對粒子進行加速，粒子的速度將能夠超過光速C．粒子高速運動時的質(zhì)量將大于靜止時的質(zhì)量D．粒子高速運動時的質(zhì)量將小于靜止時的質(zhì)量答案C解析依據(jù)公式u＝eq\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2))可知物體的速度u不行能等于或大于光速，所以A、B錯誤．依據(jù)公式m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v,c)2))可知高速運動的物體的質(zhì)量m大于靜止時的質(zhì)量m0，所以C正確，D錯誤．高考題組1．(2022·浙江·20)為了測量儲罐中不導(dǎo)電液體的高度，將與儲罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器C置于儲罐中，電容器可通過開關(guān)S與線圈L或電源相連，如圖4所示．當開關(guān)從a撥到b時，由L與C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生周期T＝2πeq\r(LC)的振蕩電流．當罐中的液面上升時 ()A．電容器的電容減小 圖4B．電容器的電容增大C．LC回路的振蕩頻率減小D．LC回路的振蕩頻率增大答案BC解析當罐中液面上升時，電容器極板間的介電常數(shù)變大，則電容器的電容C增大，依據(jù)T＝2πeq\r(LC)，可知LC回路的振蕩周期T變大，又f＝eq\f(1,T)，所以振蕩頻率變小，故選項B、C正確，選項A、D錯誤．2．(2009·北京·15)類比是一種有效的學(xué)習(xí)方法，通過歸類和比較，有助于把握新學(xué)問，提高學(xué)習(xí)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(xué)對機械波和電磁波進行類比，總結(jié)出下列內(nèi)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(guān)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．機械波的傳播依靠于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播D．機械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波答案D3．(2011·江蘇·12B(1))如圖5所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C.假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔B發(fā)出一個閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的挨次是 ()

圖5A．同時被照亮 B．A先被照亮C．C先被照亮 D．無法推斷答案C解析列車上的觀看者看到的是由B動身后經(jīng)過A和C反射的光，由于列車在這段時間內(nèi)向C運動靠近C，而遠離A，所以C的反射光先到達列車上的觀看者，看到C先被照亮，故只有C正確．模擬題組4．下列說法中正確的是 ()A．機械波的傳播依靠于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播B．只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波C．當物體運動的速度接近光速時，時間和空間都要發(fā)生變化D．當觀測者靠近或遠離波源時，感受到的頻率會發(fā)生變化答案ACD解析只有要變化的電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波，選項B錯誤．5．下列關(guān)于紫外線的幾種說法中正確的是 ()A．紫外線是一種紫色的可見光B．紫外線的頻率比紅外線的頻率低C．紫外線可使鈔票上的熒光物質(zhì)發(fā)光D．利用紫外線可以進行電視機等電器的遙控答案C解析紫外線的波長比可見光中紫光的波長還短，不能引起視覺，選項A錯誤；紫外線的頻率比紅外線的頻率高，選項B錯誤；紫外線有熒光作用，可激發(fā)鈔票上的熒光物質(zhì)發(fā)出熒光，選項C正確；電視機等電器都是利用紅外線遙控的，選項D錯誤．6．對于公式m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2))，下列說法中正確的是 ()A．公式中的m0是物體以速度v運動時的質(zhì)量B．當物體運動速度v>0時，物體的質(zhì)量m>m0，即物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)變了，故經(jīng)典力學(xué)不適用C．當物體以較小的速度運動時，質(zhì)量變化格外微小，經(jīng)典力學(xué)理論照舊適用，只有當物體以接近光速運動時，質(zhì)量變化才明顯，故經(jīng)典力學(xué)僅適用于低速運動，而不適用于高速運動D．通常由于物體的速度太小，質(zhì)量的變化不能引起我們的感覺，在分析地球上物體的運動時，不必考慮質(zhì)量變化答案CD解析公式中的m0是物體的靜止質(zhì)量，在v遠小于光速時，經(jīng)典力學(xué)照舊成立，故A、B錯，C、D對．(限時：25分鐘)?題組1麥克斯韋電磁場理論的理解1．應(yīng)用麥克斯韋的電磁場理論推斷如下圖所示的表示電場產(chǎn)生磁場(或磁場產(chǎn)生電場)的關(guān)系圖象中(每個選項中的上圖是表示變化的場，下圖表示變化的場產(chǎn)生的另外的場)，正確的是 ()答案BC解析A圖中的上圖磁場是穩(wěn)定的，由麥克斯韋的電磁場理論可知四周空間不會產(chǎn)生電場，A圖中的下圖是錯誤的．B圖中的上圖是均勻變化的電場，應(yīng)當產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，下圖的磁場是穩(wěn)定的，所以B圖正確．C圖中的上圖是振蕩的磁場，它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，且相位差為eq\f(π,2)，C圖是正確的．D圖的上圖是振蕩的電場，在其四周空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場，但是下圖中的圖象與上圖相比較，相位差為π，故D圖不正確．所以只有B、C兩圖正確．2．關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法中不正確的是 ()A．變化的電場四周產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場四周產(chǎn)生變化的電場，兩者相互聯(lián)系，統(tǒng)稱為電磁場B．電磁場從發(fā)生區(qū)域由近及遠的傳播就形成了電磁波C．電磁波是一種物質(zhì)，可在真空中傳播．所以說真空中沒有實物粒子，但有“場”這種特殊物質(zhì)D．電磁波在真空中的傳播速度是3×108答案A解析依據(jù)麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，A錯誤．3．某電路中電場隨時間變化的圖象如下圖所示，能產(chǎn)生電磁波的電場是 ()答案D解析由麥克斯韋電磁場理論知，當空間毀滅恒定的電場時(如A圖)，由于其不激發(fā)磁場，故無電磁波產(chǎn)生；當毀滅均勻變化的電場時(如B圖、C圖)，會激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會再在較遠處激發(fā)出電場，故也不會產(chǎn)生電磁波；周期性變化的電場(如D圖)，會激發(fā)出周期性變化的磁場，其又激發(fā)出周期性變化的電場……，如此不斷激發(fā)，便會形成電磁波．?題組2電磁波的放射與接收、電磁波譜4．下列說法正確的是 ()A．麥克斯韋證明白光的電磁說的正確性B．紅外線的顯著作用是熱作用，紫外線最顯著的作用是化學(xué)作用C．X射線的穿透本事比γ射線更強D．X射線與γ射線的產(chǎn)生氣理不同，因此它們的頻率范圍界線分明，不行能重疊答案B解析麥克斯韋提出了光的電磁說，赫茲用試驗證明白光的電磁說的正確性．X射線是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)而產(chǎn)生的，γ射線是原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的，產(chǎn)生氣理的確不同，但X射線和γ射線都有一個較大的頻率范圍，較高頻率的X射線與較低頻率的γ射線產(chǎn)生了重疊，其他相鄰電磁波間也存在重疊．綜上所述，A、D選項不正確，B選項與事實全都，C選項與事實相反．所以只有選項B正確．5．下列說法正確的是 ()A．火車過橋時要減速是為了防止火車發(fā)生共振B．“聞其聲不見其人”是波的衍射現(xiàn)象C．電磁波譜中最簡潔發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線D．利用雷達測動身射微波脈沖及接收到脈沖的時間間隔可以確定雷達和目標的距離答案BD解析火車過橋時要減速是為了防止橋梁發(fā)生共振，選項A錯誤；“聞其聲不見其人”是聲波的衍射現(xiàn)象，選項B正確；電磁波譜中最不簡潔發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線，選項C錯誤；利用雷達測動身射微波脈沖及接收到脈沖的時間間隔可以確定雷達和目標的距離，選項D正確．6．下列關(guān)于電磁波的說法正確的是 ()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．電磁波不會發(fā)生偏振現(xiàn)象D．電磁波無法攜帶信息傳播答案B解析依據(jù)電磁波的產(chǎn)生氣理及傳播特性可知，電磁波的傳播不需要依靠介質(zhì)，選項A錯誤；干涉、衍射是全部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；電磁波能夠攜帶圖象、聲音等信息進行傳播，選項D錯誤．7．電磁波與聲波比較 ()A．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)B．由空氣進入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大C．由空氣進入水中時，電磁波波長變小，聲波波長變大D．電磁波和聲波在介質(zhì)中的傳播速度，都是只由介質(zhì)打算，與頻率無關(guān)答案ABC解析可以依據(jù)電磁波的特點和聲波的特點進行分析，選項A、B均與事實相符，所以A、B項正確；依據(jù)λ＝eq\f(v,f)，電磁波速度變小，頻率不變，波長變??；聲波速度變大，頻率不變，波長變大，所以選項C正確；電磁波在介質(zhì)中的速度與介質(zhì)有關(guān)，也與頻率有關(guān)，所以選項D錯誤．8．關(guān)于γ射線，以下說法中正確的是 ()A．γ射線比倫琴射線頻率更高，穿透力氣更強B．γ射線可用來檢測金屬材料內(nèi)部傷痕、裂縫、氣孔等C．利用γ射線穿透力強可制成金屬測厚計來檢測金屬板的厚度D．“γ刀”是利用了γ射線的強穿透力氣答案ABC題組3