1、第4讲电磁场与电磁波相对论简介知识点 1电磁场与电磁波1.麦克斯韦理论(1)变化的磁场产生_。(2)变化的电场产生_。(3)变化的电场和磁场总是相互联系的，形成_。电场磁场电磁场2.电磁波的形成和传播特点(1)电磁场由近及远的传播而形成_。(2)_从理论上预言了电磁波的存在，_用实验成功地证实了电磁波的存在。(3)电磁波的特点电磁波在空间传播_介质。电磁波中的磁感应强度方向和电场强度的方向与传播方向_，电磁波是_。电磁波麦克斯韦赫兹不需要垂直横波电磁波传播电磁场的_。电磁波能发生反射、折射、_、_、多普勒效应等现象。(4)电磁波在真空中的传播速度为_。能量干涉衍射3.0108 m/s知识点 2
2、电磁波的产生、发射和接收1.振荡电路（1）作用：产生大小和方向都做_变化的电流，从而产生_变化的电场和磁场。（2）特点振荡频率_；采用_。2.无线电波的调制使电磁波随各种信号而改变，有_和_两种方式。周期性周期性足够高开放电路调幅调频3.无线电波的接收(1)电谐振：接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的_最强。(2)调谐：使接收电路产生_的过程。(3)检波：从高频振荡中“检”出所携带的信号，是_的逆过程。(4)无线电波的应用：如电视和雷达等。振荡电流电谐振调制知识点 3电磁波谱电磁波谱（1）定义：按电磁波的波长从长到短分布是_、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线，形
3、成电磁波谱。（2）电磁波谱的特性、应用无线电波电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波10-3波动性强，易发生衍射无线电技术电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律红外线1011101510-310-7_红外线遥感可见光101510-7引起视觉照明、摄影紫外线1015101710-710-9化学效应、_、能杀菌医用消毒、防伪X射线1016101910-810-11贯穿性强检查、医用透视射线101910-11贯穿本领最强工业探伤、医用治疗直线传播能力增强衍射能力减弱热效应荧光效应知识点 4相对论简介1.狭义相对论的基本假设（1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物
4、理规律都是_（选填“相同”或“不同”）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_（选填“相同”或“不同”）的。相同相同2.时间和空间的相对性（1）“同时”的相对性：同时是_的，与参考系的运动有关。（2）时间间隔的相对性：t=。_（3）长度的相对性：l=_。相对3.相对论的三个结论（1）相对论速度变换公式：u=。_（2）相对论质量：m=_。（3）质能方程：E=_。mc2【思考辨析】（1）任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场。()（2）在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，在其他一切惯性系中也是同时发生的。()（3）电磁波和机械波都只能在介质中传播。()（4）只
5、要发射电路的电磁振荡一停止，产生的电磁波立即消失。()（5）只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波。()（6）使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调。()（7）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。()分析：如果电场是均匀变化的，产生的磁场是恒定的，（1）错；根据狭义相对论，同时是相对的，（2）错；电磁波可以在真空中传播，（3）错；变化的电场、磁场由变化区域向外传播电磁波，发射电路的电磁振荡停止时，虽已不再发射电磁波，但已发射出去的电磁波还要继续传播，（4）错；产生电磁波必须是周期性变化的电场或磁场，（5）错；解调是从电磁波中取出各种信号的过程，（6）错
6、；用紫外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，（7）错。考点 1电磁场理论的理解（三年2考）深化理解【考点解读】1.对麦克斯韦理论的理解（1）恒定的磁(电)场不能产生电(磁)场；变化的磁(电)场产生电(磁)场；均匀变化的磁(电)场产生恒定的电(磁)场。（2）由变化的磁场感应出的电场与静电场不同，静电场的电场线不闭合，带电粒子运动一周，电场力做功为零；而感应出的电场的电场线是闭合的，带电粒子运动一周时，电场力要做功。2.电磁场周期性变化即振荡的磁(电)场产生同频率的周期性变化的电(磁)场；周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互联系，形成一个不可分离的统一的场，就是电磁场，由静电场
7、和静磁场混合的空间是复合场，但不是电磁场。【典例透析1】如图所示是一个水平放置的玻璃环形小槽，槽内光滑，槽的宽度和深度处处相同，现将一直径略小于槽的宽度的带正电的小球放入槽内，小球以初速度v0开始逆时针运动，与此同时有一个变化的磁场竖直向下穿过小槽包围的空间，已知磁场均匀增大，小球在运动过程中带电量不变，则()A小球动能不变B小球动能增加C磁场力对小球做功D小球受到的磁场力不变【解题探究】（1）将玻璃环等效为_。（2）据电磁场理论判断_，进而明确做功情况。【解析】选B。由麦克斯韦电磁场理论知均匀变化的磁场产生恒定的电场，据楞次定律可知产生的电场为逆时针方向，电场力与初速度方向一致，电场力对小球
8、做正功，动能增加，A错B对；洛伦兹力始终不做功，C错；又据F洛qvB知小球受到的磁场力不断增大，D错。一个闭合回路感应电场的方向【互动探究】若小球的带电量为q，玻璃环形小槽的半径为R，磁场随时间的变化规律是B=kt，则小球沿玻璃环形小槽运动一周，动能增加多少？【解析】由麦克斯韦电磁场理论可知，当磁场的磁感应强度线性增强时，小球所处的环形小槽内感应电场产生感应电动势，设该电动势为E，由法拉第电磁感应定律得则小球在环形小槽中运动一周的过程中被电场加速做功为W=qE=qkR2，因此小球动能增加量为qkR2。答案:qkR2【总结提升】变化的磁场感应出电场的分析思路(1)由麦克斯韦的电磁场理论可知变化的
9、磁场会产生电场，且感应出的电场的电场线是闭合的，能够对处在此电场中的带电粒子做功，因此可假设一个闭合回路。(2)利用楞次定律判定感应电流的方向，从而确定该处的电场方向，进一步判断感应电场对带电粒子的做功问题。【变式备选】关于电磁场和电磁波，下列叙述中不正确的是()A变化的电场能够产生磁场，变化的磁场也能够产生电场B电磁波和机械波都不能在真空中传播C电磁波在空间传播时，电磁能也随着一起传播D电磁波穿过两种介质的分界面时频率不会发生改变【解析】选B。据麦克斯韦电磁场理论，只要是变化的电场(或磁场)周围一定能产生磁场(或电场)，A对；机械波只能在介质中传播，不能在真空中传播，但电磁波可以在真空中传播
10、，B错；波传播的是振动形式和能量，C对；波的频率由振源决定，与介质无关，D对，故选B。考点 2电磁波的特点（三年2考）对比分析【考点解读】电磁波与机械波的比较电磁波机械波本质不同电磁现象力学现象传播介质不需要介质，真空中也可传播弹性介质中才可传播传播速度在真空中vc3.0108 m/s，介质中vf真空中v0没有波，介质中vf电磁波机械波波的性质横波横波或纵波，或二者同时产生产生机理电磁振荡机械振动周期性变化的物理量电场E、磁场B随时间和空间周期性变化质点位移、加速度随时间和空间周期性变化共有现象反射折射衍射干涉【典例透析2】有两部手机A和B，A的号码为12345678900，B的号码为1234
11、5678901。当用手机A(或B)拨打B(或A)的号码时，既能听到手机B(或A)的叫声，又能看到B(或A)的显示屏上显示出A(或B)的号码。现将手机A放到一个透明的玻璃罩内，并将其内部抽成真空，再用手机B拨打号码12345678900，则下列说法正确的是()A.既能听到A的叫声，又能看到A的显示屏上显示出12345678901B.能听到A的叫声，但不能看到A的显示屏上显示出12345678901C.不能听到A的叫声，但能看到A的显示屏上显示出12345678901D.既不能听到A的叫声，也不能看到A的显示屏显示出号码【解题探究】（1）手机信号传播的是_，声音传播的是_。（2）机械波传播_介质。
12、【解析】选C。电磁波传播不需要介质，因此A能接收呼叫信号，故显示屏显示12345678901，但由于处在真空中，没有介质不能传播机械波，喇叭不能形成声波，故选C。电磁波机械波需要【总结提升】电磁波与机械波不同的原因电磁波与机械波不同的原因是产生机理不同，电磁波通过周期性变化的电场和磁场进行传播，因此传播过程不需要介质，且在真空中传播速度最大，在不同的介质中传播速度不同；机械波依靠介质将波源的振动向外进行传播，因此传播过程需要介质，且介质越密传播速度越大以及由此产生其他的不同作用特点。【变式训练】关于以下几种电磁波的作用，说法错误的是()A.传染病高发时期在机场、码头、车站等交通出口处，使用红外
13、线热像仪检测通过它的发热病人，是利用了物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同B刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高C红外线遥感技术是利用了红外线的显著热效应D验钞机之所以利用紫外线验钞是因为紫外线具有荧光效应【解析】选C。物体的温度越高，它辐射的红外线越强，波长越短，红外线热像仪利用物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同检测通过它的发热病人，选项A正确；因为紫外线波长短，用紫外线拍摄指纹照片，分辨率高，选项B正确；红外线遥感技术是利用灵敏的红外线探测仪接收物体发射的红外线探知物体的特征，选项C错误；紫外线具有荧光效应，紫外线照射钞票上荧光物质印刷的文字可发出可见光
14、，选项D正确。考点 3狭义相对论的理解（三年3考）深化理解【考点解读】1.“同时”的相对性由光速不变原理得到不同的时间间隔即对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的；地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也是不同时的。2.“钟慢尺缩”效应(1)运动时钟变慢是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要误认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化，在它们上面的观测者都将发现对方的钟变慢了,运动时钟变慢完全是相对的，1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中做环球飞行，然后与地面的基准钟对照。实验结果与理论预言符合得很好。这是相对论的第一次宏观验证。(2)长度的相对性(动尺缩短)，
15、是“同时”的相对性带来的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著,长度缩短效应只发生在相对运动的方向上，在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化，这种长度的变化是相对的，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了。【典例透析3】(2011江苏高考）如图所示，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()A.同时被照亮B.A先被照亮C.C先被照亮D.无法判断【解题探究】（1）接近_
16、运动的物体，相对论效应开始明显。（2）狭义相对论中同时具有_。【解析】选C。列车上的观测者看到的是由B出发后经过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。光速相对性【总结提升】相对论问题的分析思路分析相对论问题的基本方法是狭义相对论的两个基本原理及基本关系，因此复习过程中要熟记两个基本原理、理解时间和空间的相对性，知道质速关系、质能关系、相对论质能关系式，应该认识到经典物理的绝对时空观是相对论时空观在速度远小于光速条件下的一种情形。【变式训练】（2013福州模拟）某宇航员要到离地球10光年的星球上去旅行，如
17、果希望把这路程缩短为8光年，则他所乘坐的飞船相对地球的速度为()A.0.5c B.0.6c C.0.8c D.0.9c【解析】选B。据长度的相对性将l=8光年，l0=10光年代入式中可得v=0.6c，故选B。【备选例题】【典例透析】(2012福建高考）如图甲,在圆柱形区域内存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在此区域内,沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管,环心O在区域中心。一质量为m、带电量为q(q0)的小球,在管内沿逆时针方向(从上向下看)做圆周运动。已知磁感应强度大小B随时间t的变化关系如图乙所示,其中设小球在运动过程中电量保持不变,对原磁场的影响可忽略。考查内容涡旋
18、电场的应用(1)在t=0到t=T0这段时间内,小球不受细管侧壁的作用力,求小球的速度大小v0;(2)在竖直向下的磁感应强度增大过程中,将产生涡旋电场,其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆,同一条电场线上各点的场强大小相等。试求t=T0到t=1.5T0这段时间内:细管内涡旋电场的场强大小E;电场力对小球做的功W。【规范解答】（1）小球圆周运动不受侧壁的作用力，因而有 由式得（2）在T01.5 T0这段时间内，细管一周的感应电动势 由图乙可知 由于同一条电场线各处场强大小相等，所以有 由式及在T01.5 T0这段时间内，小球沿切线方向加速度大小恒为 小球运动的末速度大小v=v0+at 由
19、图乙可知t=0.5T0并由式得 由动能定理，电场力做功为 由式解得答案：【双基题组】1.下列关于电磁波的说法正确的是()A电磁波必须依赖介质传播B电磁波可以发生衍射现象C电磁波不会发生偏振现象D电磁波无法携带信息传播【解析】选B。电磁波在真空中也能传播，A错；衍射是一切波所特有的现象，B对；电磁波是横波，横波能发生偏振现象，C错；所有波都能传递信息，D错。2.（2013聊城模拟）如图所示，强强乘坐速度为0.9 c(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0.5 c，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()A0.4 c B0.5 c C0.9 c D1.0
20、c【解析】选D。根据光速不变原理可知：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故D正确。3.目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。下列关于雷达和电磁波说法不正确的是()A真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间B电磁波是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【解析】选B。据cf可知电磁波频率在200 MHz至1 000 MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间，A对；电磁波是由变化的电场或磁场产生的，B错；雷达是利用电磁波反射
21、原理，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之间的距离，C对；波长越短的电磁波，遇到障碍物衍射越不明显，反射性能越强，D对。4.某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线，这可能是()A.在中心点O有一静止的点电荷B.沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线C.沿BA方向的磁场在减弱D.沿AB方向的磁场在减弱【解析】选C。闭合的电场线是由变化的磁场产生的，由电磁场理论可判断磁场应沿BA方向减弱，或者沿AB方向增强。故C正确，A、B、D错。【高考题组】5.（2010天津高考）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
22、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能沿直线传播【解析】选A。不管磁场怎样变化，只要是变化的磁场就可以在空间产生电场，所以均匀变化的磁场也能够在空间产生电场，A正确；电磁波的传播速度与介质和频率有关，相同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同，故B错误；恒定的电场（磁场）周围不会产生磁场（电场），只有周期性变化的电场（磁场）才能产生电磁波，故C错误；电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿曲线传播的，故D错误。6.（2010上海高考）电磁波包含了射线、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、射线B.红外线、无线电波、射线、紫外线C.射线、红外线、紫外线、无线电波D.紫外线、无线电波、射线、红外线【解析】选A。在电磁波谱中，无线电波波长最长，其次是红外线、紫外线，射线波长最短。7.(2010北京高考)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。由狭义相对论基本假设是光速不变原理和狭义相对性原理可知A对，B、C、D错。
