1、第6节 电磁波与相对论 知识点一 电磁场与电磁波1.19 世纪 60 年代，预言了电磁波的存在，并认为光是一种，此后赫兹证实了电磁波的存在.2.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生，变化的电场能够在周围空间产生.麦克斯韦电磁波电场磁场3.电磁场：变化的产生电场，变化的_ _产生磁场，周期性变化的电场和的磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是_.4.电磁波(1)形成：周期性和周期性从产生的区域由近及远地向周围空间传播出去，就形成了.(2)特点电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向，因此电磁波是_.磁场电场周期性变化电磁场变化的电场
2、变化的磁场电磁波垂直横波电磁波的传播介质，在真空中也能传播.在真空中的波速为 cm/s.波速波长和频率的关系：_.特别提醒：电磁波不同于机械波，机械波传播必须有介质，而电磁波传播不需介质，机械波的波速仅取决于介质，而电磁波的波速与介质及波的频率均有关系.(3)发射和接收为有效发射电磁波，振荡电路必须有足够高的频率，并且是开放的；要利用电磁波传递信号需要对电磁波进行调制，调制有和两种方法.不需要3.0108cf调幅调频接收电磁波时，先要调谐使产生电谐振，再通过检波“检”出高频电流中所携带的信号.(4)电磁波的应用：广播、电视、雷达、无线通信等.(5)电磁波谱接收电路知识点二 经典时空观和相对论时
3、空观1.经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量是不随而改变的.(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是.2.相对论时空观(1)在狭义相对论中，物体的质量是随物体的运动速度的增大而的.(2)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是.运动状态相同的增大不同的知识点三 相对论简介1.狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是.(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.2.空间与时间的相对性(1)长度的相对性：ll01vc2，即一条沿自身长度方向运动的杆，其长度(l)
4、总比杆静止时的长度(l0)_ _.(2)时间的相对性：t 1vc2，式中 是与高小相同的相同的速列车相对的观察者测得的两事件的时间间隔，t 是地面上观察者观察到的两事件的.3.相对论质量：mm01vc2公式中 m0 为物体静止时的，m 为物体以速度 v 运动时的，由公式可以看出随 v 的增加，物体的质量.4.质能方程：E公式中 m 为物体的质量，E 为它具有的能量.质量增大质量mc2静止时间间隔考点一 对麦克斯韦电磁场理论的理解例 1 关于电磁场的理论，下列说法正确的是()A.变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B.变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的C.均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀
5、变化的D.振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场【解析】麦克斯韦电磁理论指出，如果电场的变化是均匀的，产生的磁场是稳定的；如果电场的变化是不均匀的，产生的磁场是变化的；振荡电场与它周围产生的磁场频率是相同的.【答案】BD【答案】BD【小结】对麦克斯韦电磁场理论的理解变式 1 下列说法正确的是()A.根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场周围一定可以产生变化的磁场B.为了从高频电流中取出所携带的声音信号就要进行解调C.无论振荡电路的振荡频率高与低，都能有效地发射电磁波D.只要有电场和磁场，就能产生电磁波【解析】根据麦克斯韦的电磁场理论可知，均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，所以 A 选项错误
6、；为了从高频电流中取出所携带的声音信号就要进行解调，所以 B 选项正确；只有当振荡电路的振荡频率足够高时，才能有效地发射电磁波，C 选项错误；若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场都均匀变化，均不能产生电磁波，D 选项错误.【答案】B考点二 电磁波波谱分析及应用例 2 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.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 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
7、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：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 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 CD 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变式 2 下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象.请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上.(1)X 光机，_.(2)紫外线灯，_.(3)理疗医用“神灯”照射伤
8、口，可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用_.A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X 射线的很强的贯穿力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长，易发生衍射【解析】(1)X 光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的 X 射线，选择 D.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择 C.(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择 E.【
9、答案】(1)D(2)C(3)E考点三 狭义相对论例 3 假设一列火车在沿平直的轨道飞快行驶，如图所示，车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁与后壁，这是两个事件，下列说法正确的是()A.车厢内的观察者认为闪光先到达后壁，后到达前壁B.车厢内的观察者认为闪光同时到达前壁与后壁C.车厢外的观察者认为闪光先到达后壁，后到达前壁D.车厢外的观察者认为闪光同时到达前壁与后壁【解析】因为光源位于车厢的中央，又光向前、向后传播的速度相同，故车厢内的观察者认为闪光同时到达前壁与后壁，所以 A 错误、B 正确；但车厢外的观察者认为，因在闪光向两壁运动的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的闪光传
10、播的路程长，到达前壁的时刻也就迟些，故车厢外的观察者认为闪光先到达后壁、后到达前壁，所以 C 正确，D 错误.【答案】BC变式 3 关于相对论，下列说法中正确的是()A.在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B.真空中的光速在不同的惯性参考系中不同C.一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大D.运动速度很高的微观粒子，它的质量明显大于静止时的质量E.在一个确定的参考系中观察，在运动物体上面发生的物理过程的快慢跟物体的运动状态有关【解析】在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，选项 A 正确，选项 B 错误；根据尺缩效应，一条沿
11、自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，选项 C 错误；根据质量与速度的关系，运动速度很高的微观粒子，它的质量明显大于静止时的质量，选项 D 正确；在一个确定的参考系中观察，在运动物体上面发生的物理过程的快慢跟物体的运动状态有关，选项 E 正确.【答案】ADE单选题1.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.均匀变化的电场可以产生恒定的磁场D2.对相对论的基本认识，下列说法正确的是()A.相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的B.爱
12、因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量C.在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上的快D.我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了【解析】爱因斯坦的质能方程阐明了质量和能量的相互联系，质量和能量是物质存在的两种形式，质量和能量是不同的概念.再由相对论的基本原理可知，只有选项 A 正确.A3.下列说法不正确的是()A.变化的电场可能产生变化的磁场B.红外线能杀死多种细菌，常用于医院和食品消毒C.光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是相同的D.德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的波长和频率，证实了电磁波的传播速度等于光速B【解析】由麦克斯韦电
13、磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，周期性非均匀变化的电场在其周围会产生周期性变化的磁场，所以选项 A 正确；红外线主要用于遥感等方面，紫外线具有杀菌消毒作用，故选项 B 错误；由光速不变原理可知，选项 C 正确；德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，选项 D 正确.一、选择题：15 题为单选，68 题为多选.1.关于生活中遇到的种种波，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B2.关于机械波和电磁
14、波，下列说法错误的是()A.机械波和电磁波都能在真空中传播B.机械波和电磁波都可以传递能量C.波长、频率和波速间的关系，即 vf，对机械波和电磁波都适用D.机械波和电磁波都能发生衍射和干涉现象【解析】机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质，所以选项 A 不正确，干涉、衍射是波特有的现象，选项 D 正确，波能传播能量，vf，对波都适用.故选项 B、C 都正确.故选 A.A3.如图所示，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()A.0.4c B.0.5c C.0.9c D.1
15、.0cD4.把一个静止质量为 m0 的粒子，由静止加速到0.6c(c 为真空中的光速)，需做的功为()A.0.18m0c2B.0.25m0c2C.0.35m0c2D.1.25m0c2【解析】加速到 0.6c 时，mm01（vc）21.25m0，粒子的能量的变化量为E(mm0)c20.25m0c2，故需做的功为 0.25m0c2，选 B.B5.如图所示，某载人飞船返回舱开始以高速进入大气层时，返回舱表面形成一个温度高达几千摄氏度的高温区，高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离，这时返回舱与外界的联系被中断，这种现象称为“黑障”.产生“黑障”的原因是()A.飞船受到的万有引力消失B.飞船
16、为了宇航员的安全而暂时关闭通信系统C.在飞船周围高温气体被电离成等离子体，从而对飞船的通讯起屏蔽作用D.飞船表面温度太高，如同火球，使得航天员看不见外面，外面也看不见飞船里面C6.电磁波与声波比较()A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B.由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C.由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D.电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，与频率无关ABC【解析】可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析.选项 A、B 均与事实相符，所以 A、B 项正确；根据 vf，电磁波速度变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所
17、以选项 C 正确；电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，所以选项 D 错误.7.根据相对论原理，下列说法中正确的是()A.按照相对论来讲，一个真实的、静止质量不为零的物体，相对任何惯性系的运动速度都不可能等于或超过光速 cB.按照相对论及基本力学规律可推出质量和能量的关系为 Emc2C.某个静质量为 m0 的物体，相对它静止的观察者测其质量为 mm0，能量为 EE0m0c2，称为静能量，这表明任何静质量不为零的物体都储存着巨大的能量D.按照相对论来讲，物理规律在一切惯性能考系中可以具有不同的形式ABC8.关于电磁波谱的下列说法正确的是()A.电磁波中
18、最容易发生干涉、衍射现象的是无线电波B.红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的C.伦琴射线和 射线是原子的内层电子受激发后产生的D.红外线最显著的作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线AB【解析】波长越长的无线电波的波动性越显著，干涉、衍射现象越容易发生.从电磁波产生的机理可知射线是原子核受到激发后产生的.不论物体温度高低如何，都能辐射红外线，物体的温度越高，它辐射的红外线越强.由此可知答案为 A、B.二、填空题9.磁场的磁感应强度 B 随时间 t 变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的有图示的磁场，能产生持续电磁波的有图示的磁场.BCDBD【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，
19、有如下分析：A 图的磁场是恒定的，不能产生新的电场，更不能产生电磁波；B 图中的磁场是周期性非均匀变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波；C 图中的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，不能产生电磁场，因此不能产生持续的电磁波；D 图所示磁场是周期性变化的，能产生周期性变化的电场，能产生电磁波.【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，有如下分析：A 图的磁场是恒定的，不能产生新的电场，更不能产生电磁波；B 图中的磁场是周期性非均匀变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波；C 图中的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，不能产生电磁场，因此不能产生持续的电磁波；D 图所示磁场是周期性变化的，能产生周期性变化的电场，能产生电磁波.三、计算题10.介 子 是 一 不 稳 定 粒 子，平 均 寿 命 是2.60108 s(在它自己参考系中测得).(1)如果此粒子相对于实验室以 0.8c 的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的介子寿命多长？(2)介子在衰变前运动了多长距离？【解析】(1)介子在实验室中的寿命为 tr1vc22.610810.82 s4.3108 s.(2)该粒子在衰变前运动的距离 svt0.831084.3108 m10.32 m.
