1、第5课时电磁波与相对论考纲解读 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考点一电磁波的产生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)vf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
2、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，c3108 m/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，也叫做解调例1(1)下列关于电磁波的说法正确的是()A均匀变化的磁场能够在空间产生电场B电磁波在真空和介质中传播速度相同C只要有电场和磁场，就能产生电磁波D电磁波在同种介质中只
3、能沿直线传播(2)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题雷达发射电磁波的波长范围是多少？能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？解析(1)如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，不能产生新的电场(磁场)，因而不能产生电磁波，A正确，C错误；电磁波的传播速度跟介质有关，频率由波源决定，同一频率的电磁波在不同介质中波长不等，由vf知不同介质中波的传播速度不同，B错误；电磁波在同种均匀介质中才能沿直线传播，D错误(2)由cf可得：1 m1.5 m，2 m0.3 m.故雷达发出的电磁波的波长范围是0.31
4、.5 m.电磁波测距的原理就是通过发射和接收电磁波的时间间隔来确定距离，所以可根据x确定雷达和目标间的距离答案(1)A(2)0.31.5 m能变式题组1对电磁场理论的理解关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是()A稳定的电场产生稳定的磁场B均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场C变化的电场产生的磁场一定是变化的D振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的答案D解析麦克斯韦的电磁场理论要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若磁场(电场)的变化是均匀的，产生的电场(磁场)是稳定的，若磁场(电场)的变化是振荡的，产生的电场(磁场)也是振荡的，由此可判定
5、正确答案为D项2对振荡电路的理解如图1所示为LC振荡电路某时刻的情况，以下说法中正确的是()图1A电容器正在充电B电感线圈中的磁场能正在增加C电感线圈中的电流正在增大D此时刻自感电动势正在阻碍电流增大答案BCD解析由题图中的磁感线的方向，运用右手螺旋定则可以判断出电路中的电流从上向下看为逆时针方向再结合电容器极板的电性，可以得到电容器正在放电，故A错；放电过程中，电容器极板上的电荷减少，电场能减小，线圈中的电流增大，磁场能变大，故B、C对；由于线圈中的电流增大，产生的自感电动势阻碍电流的增大，D对3电磁波与声波的比较电磁波与声波比较，下列说法中正确的是()A电磁波的传播不需要介质，声波的传播需
6、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，与频率无关答案ABC解析A、B均与事实相符，所以A、B正确；根据，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，所以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D错误机械波与电磁波的比较电磁波机械波对象研究电磁现象研究力学现象周期性变化的物理量电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化位移随时间和空间做周期性变化传播传播不需要介质，在真空中波速总是c，在介质中传
7、播时，波速与介质及频率都有关系传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发由质点(波源)的振动产生干涉可以发生可以发生衍射可以发生可以发生横波是可以是纵波不是可以是考点二电磁波谱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103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10111015103107热效应红外线遥感可见光1015107引起视觉照明、摄影紫外线10151017107109化学效
8、应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪X射线101610191081011贯穿性强检查、医用透视射线10190时，物体的质量mm0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用C当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速的速度运动时，质量变化才明显，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动D通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化答案CD解析公式中的m0是物体的静止时的质量，在v远小于光速时，经典力学依然成立，故A、B错，C、D对8对狭义相对论的理解关于狭义相对论的说法，不正确的是()A狭义相对论认
9、为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D狭义相对论任何情况下都适用答案D解析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，选项A正确；狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不变原理)，与光源的运动无关，选项B正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项C正确，D错误高考模拟明确考向1(2014四川2)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
10、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2(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”
11、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LL0，即L0L，则A测得两飞船距离应大于L.3下列有关光纤及光纤通信的说法正确的是()A光纤由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小B光在光纤中的传输利用了全反射的原理C光纤通信是一种以光波为传输介质的通信方式，光波按其波长长短，依次可分为红外线光、可见光和紫外线光，但红外线光和紫外线光线光属不可见光，它们都不可用来传输信息D光波和无线电波同属电磁波，光波的频率比无线电波的频率低，波长比无线电波的波
12、长大，在真空中传播的速度都为3108 m/s答案B解析光在光纤中的传输利用了光的全反射原理，内芯的折射比外套的大，选项A错误，选项B正确；只要是光波，就能在光纤中传播，选项C错误；光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长小，选项D错误4下列说法正确的是()A麦克斯韦预言了电磁波，且首次用实验证实了电磁波的存在B红外线是一种频率比紫外线还高的电磁波C在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后，来回抖动梳子能产生电磁波D“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度明显变短答案C解析麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项A错误；红外线的频率比紫外线低，选项B错误；在干燥环
13、境下，用塑料梳子梳理头发后带电，来回抖动梳子能产生变化的电场，从而产生电磁波，选项C正确；“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度将略微变短，选项D错误5下列说法不正确的是()A麦克斯韦预言了光是横波，并且首次用实验验证了光是横波B高速运动的飞船中的宇航员发现地面的时钟变慢了C在磁场中做圆周运动的带电粒子会发出电磁波D过强或过长时间的紫外辐射、X射线或射线的作用，会对人体(眼镜、皮肤、血液、神经系统、生殖系统等)造成危害答案A解析麦克斯韦预言了光是电磁波，证明光是电磁波的是赫兹，马吕斯用光的偏振实验证明了光是横波，A错；由爱因斯坦的相对论可知，B对；在磁场中做圆周运动的带电粒子产生
14、周期性变化的电场，又会产生周期性变化的磁场，并向外传播，即会产生电磁波，C对；过强或过长时间照射紫外线、X射线或射线，会对人体造成危害，D正确，所以本题选A.练出高分一、单项选择题1关于电磁场和电磁波，下列说法中不正确的是()A变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，两者相互联系，统称为电磁场B电磁场从发生区域由近及远的传播就形成了电磁波C电磁波是一种物质，可在真空中传播所以说真空中没有实物粒子，但有“场”这种特殊物质D电磁波在真空中的传播速度是3108 m/s答案A解析根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的电场产生稳定的磁场，A错误2如图1所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一
15、灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯D正常发光，现突然断开S并开始计时，能正确反映电容器a极板上电量q随时间变化的图象是图中的(图中q为正值表示a极板带正电)()图1答案B解析开关S处于闭合状态时，电流稳定，又因L的电阻可忽略，因此电容器C两极板间电压为0，所带电荷量为0.S断开的瞬间，灯D立即熄灭，LC组成的振荡电路开始振荡，由于线圈的自感作用，此后的时间内，线圈给电容器充电，电流方向与线圈中原电流方向相同，电流从最大逐渐减为0，而电容器极板上电量则由0增为最大，根据电流流向，在时间里，电容器下极板b带正电，与规定图示正方向相反，所以此时间内，a极板带负电，由0增为最大，故B正确，A、C
16、、D错误3(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.4红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO
17、2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收图2为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为()图2A2.53.5 m B44.5 mC57 m D813 m答案D解析由题图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围是813 m；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是513 m.综上可知，选D.5据报道，欧洲大型强子对撞机(LHC)已于2008年9月10日开启，并加速了第一批质子，该对撞机“开足马力”后能把数以百万计的粒子加速至30万千米每秒，相当于光速的99.9%，粒子流每
18、秒可在隧道内狂飙11 245圈，单束粒子能量可达7万亿电子伏特下列说法正确的是()A如果继续对粒子进行加速，粒子的速度将能够达到光速B如果继续对粒子进行加速，粒子的速度将能够超过光速C粒子高速运动时的质量将大于静止时的质量D粒子高速运动时的质量将小于静止时的质量答案C解析根据公式u可知，物体的速度u不可能等于或大于光速，所以A、B错误；根据公式m可知，高速运动的物体的质量m大于静止时的质量m0，所以C正确，D错误6据飞行国际报道称，中国制造的首款具有“隐身能力”和强大攻击力的第四代作战飞机“歼20”(如图3)，于2011年1月11日1250进行了公开首飞它的首飞成功标志着中国继美国和俄罗斯之后
19、，成为世界上进入到第四代战机研发序列中的国家隐形飞机的原理是：在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击根据你所学的物理知识，判断下列说法中正确的是()图3A运用隐蔽色涂层，无论距你多近，即使你拿望远镜也不能看到它B使用能吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现C使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流D主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现答案B解析隐形飞机的原理是在飞机制造过程中使用能吸收雷达电磁波的材料，使反射的雷达电磁波很弱，在雷达屏幕
20、上显示的反射信息很小、很弱，飞机在雷达屏幕上很难被发现，故只有B正确7惯性系S中有一边长为l的正方形(如图A所示)从相对S系沿x方向以接近光速的速度匀速飞行的飞行器上测得此正方形的图形是()答案C解析根据相对性原理，当正方形沿x方向以接近光速的速度匀速飞行时，在运动方向上会出现长度收缩效应，而在垂直于运动方向上则不会出现长度收缩效应，故C正确8如图4所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速的速度行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是()图4A同时被照亮 BA先被照亮CC先被照亮 D无法判断答案C解析列车上的观测者看到的
21、是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动靠近C，而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观测者，看到C先被照亮，故只有C正确二、多项选择题9应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图表示变化的场，下图表示变化的场产生的另外的场)，正确的是()答案BC解析A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B图正确C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位差为，C图是正确的D图的上图是振荡
22、的电场，可在其周围空间产生同频率振荡的磁场，但是下图中的图象与上图相比较，相位差为，故D图不正确所以只有B、C两图正确10目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz到1 000 MHz的范围内，下列关于雷达和电磁波说法正确的是()A电磁波可由周期性非均匀变化的电场或磁场产生B电磁波可由恒定不变的电场或磁场产生的C测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D波长越短的电磁波，反射性能越强答案ACD解析雷达是利用电磁波的反射原理制成的，电磁波可由周期性非均匀变化的电场和磁场产生，故B错误，A、C正确电磁波的波长越短，反射性能越强，故D正确三、非选择题11雷达测距防撞控制系统(D
23、istronic，简称DTR)是用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备，某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方匀速飞来，已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1104 s，某时刻雷达显示屏上显示的波形如图5甲所示，A脉冲为发射波，B脉冲为目标反射波，经t170 s后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示，则该飞机的飞行速度约为多少？(c3108 m/s)图5答案305.6 m/s解析由题图信息知，相距较远时，脉冲波显示的距离为s m6104 m.当到达雷达正上方后，脉冲波显示的距离为s m3104 m.由于开始时飞机在雷达斜上方，后来飞机到达雷达正上方，所以飞机的速度为v m/s305.6 m/s.