【绿色通道】高考物理 电磁波相对论 选修33

一、电磁场与电磁波一、电磁场与电磁波1麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论变变化化的的磁磁场场能能够够在在周周围围空空间间产产生生电电场场，变变化化的的电电场场能能够够在周在周围围空空间产间产生磁生磁场场2电磁场电磁场变变化化电电场场在在周周围围空空间间产产生生磁磁场场，变变化化磁磁场场在在周周围围空空间间产产生生电电场场，变变化化的的电电场场和和磁磁场场成成为为一一个个完完整整的的整整体体，这这就就是是电电磁磁场场3电磁波电磁波电电磁磁场场(电电磁能量磁能量)由近及由近及远远地地传传播形成播形成电电磁波磁波(1)电电磁波是磁波是_波，在空波，在空间传间传播播_介介质质(2)真空中真空中电电磁波的速度磁波的速度为为_m/s.二、无线电波的发射和接收二、无线电波的发射和接收(1)发射电磁波的条件：发射电磁波的条件：第一，要有足够高的频率；第一，要有足够高的频率；第第二二，电电路路必必须须开开放放，使使振振荡荡电电路路的的电电场场和和磁磁场场分分散散到到尽可能大的空间尽可能大的空间(2)调调制制有有_和和_两两种种方方式式，_是是调调制的逆过程制的逆过程三、电磁波谱三、电磁波谱电电磁波磁波谱谱特性特性应应用用真空中波真空中波长长递变规递变规律律无无线电线电波波容易容易发发生生衍射衍射通信和通信和广播广播大于大于1 mm红红外外线线热热效效应应红红外外线线遥感遥感小于小于1 mm大于大于700 nm可可见见光光引起引起视觉视觉照明等照明等400 nm到到700 nm之之间间紫外紫外线线化学效化学效应应、荧荧光效光效应应、能杀菌能杀菌灭灭菌消毒、菌消毒、防防伪伪5 nm到到370 mn之之间间X射射线线穿透能穿透能力力强强医用透医用透视视、安安检检0.01 nm到到10 nm之之间间射射线线穿透能力穿透能力很很强强工工业业探探伤伤、医用治医用治疗疗小于小于0.01 nm四、相对论的简单知识四、相对论的简单知识1狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设(1)在不同的在不同的惯惯性参考系中，一切物理性参考系中，一切物理规规律都是相同的律都是相同的答案：答案：一、一、3.(1)横不需要横不需要(2)3.0108二、二、(2)调幅调频检波调幅调频检波区区别别电电磁波磁波机械波机械波研究研究对对象象电电磁磁现现象象力学力学现现象象产产生生由由变变化的化的电场电场、磁、磁场产场产生生由由质质点点(波源波源)的振的振动产动产生生纵纵、横波、横波横波横波纵纵波或横波波或横波波速波速在真空中等于光速在真空中等于光速(很大很大)在空气中很小在空气中很小(如声如声波波为为340 m/s)介介质质需要需要不需要介不需要介质质(在真空中仍在真空中仍可可传传播播)必必须须有介有介质质(真空中真空中不能不能传传播播)能量能量传传播播电电磁能磁能机械能机械能1经典的相对性原理经典的相对性原理(1)牛牛顿顿运运动动定定律律在在某某个个参参考考系系中中成成立立，这这个个参参考考系系叫叫惯惯性性系系，相相对对于于惯惯性性系系做做匀匀速速直直线线运运动动的的另另一一个个参参考考系系也也是是惯惯性性系系(2)伽利略相伽利略相对对性原理性原理力力学学规规律律在在任任何何惯惯性性系系中中都都是是相相同同的的(或或者者说说，任任何何惯惯性性参考系都是平参考系都是平权权的的)2狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设(1)狭狭义义相相对论对论的两个基本原理的两个基本原理a爱爱因斯坦相因斯坦相对对性原理性原理一切物理定律，在不同的一切物理定律，在不同的惯惯性系中是相同的性系中是相同的b光速不光速不变变原理原理光光在在真真空空中中的的传传播播速速度度在在不不同同的的惯惯性性系系中中测测得得的的数数值值都都是相同的，与光源、是相同的，与光源、观观察者是否相察者是否相对对运运动动无关无关(2)对对两个基本原理的正确解两个基本原理的正确解释释a自自然然规规律律不不仅仅包包括括力力学学规规律律，还还包包括括电电磁磁学学规规律律等等其其他所有的物理学他所有的物理学规规律；律；b强强调调真真空空中中的的光光速速不不变变，指指大大小小既既不不依依赖赖于于光光源源或或观观察者的运察者的运动动，也不依，也不依赖赖于光的于光的传传播方向；播方向；c几几十十年年来来科科学学家家采采用用各各种种先先进进的的物物理理技技术术测测量量光光速速，结结果都不果都不违违背光速不背光速不变变道理道理3“同时同时”的相对性的相对性“同同时时性性”在在惯惯性性系系中中的的低低速速运运动动时时是是毫毫无无疑疑问问的的例例如如：一一列列火火车车在在做做匀匀速速直直线线运运动动，在在某某车车厢厢的的中中点点处处点点燃燃一一支支蜡蜡烛烛，他他看看到到车车厢厢的的前前后后壁壁是是同同时时被被照照亮亮的的，地地面面上上的的人人也也应应认认为为前前后后壁壁是是同同时时被被照照亮亮的的但但根根据据光光速速不不变变原原理理，当当火火车车的的速速度度接接近近光光速速时时，地地面面上上的的人人将将认认为为光光先先到到达达车车厢厢后后壁壁，而而后后到到达达前前壁，壁，这这就是就是“同同时时”的相的相对对性性“同同时时”的的相相对对性性使使得得一一些些我我们们习习以以为为常常的的“同同时时”问问题题变变得得不不同同时时了了例例如如：当当听听到到北北京京广广播播电电台台报报时时九九点点整整时时，在在山山东东的的听听众众将将表表调调整整到到九九点点整整，他他的的时时间间与与报报时时台台同同时时吗吗？结结论论是是不不同同时时要要判判断断两两者者是是否否同同时时，必必须须在在山山东东与与北北京京的的中中点点处处判判断断，当当北北京京发发生生的的事事件件和和山山东东发发生生的的事事件件同同时时到到达达中中点点处处，这这两个事件才是同两个事件才是同时时的的7质能方程质能方程Emc2.8广义相对论的几个结论广义相对论的几个结论(1)光光线经过线经过强强引力引力场场中中发发生弯曲生弯曲(2)引引力力场场的的存存在在使使得得空空间间不不同同的的位位置置的的时时间间进进程程出出现现差差别别，如引力，如引力红红移移现现象象(3)杆的杆的长长度与引力度与引力场场有关有关 关于关于电电磁磁场场和和电电磁波，下列叙述中正确的是磁波，下列叙述中正确的是()A变变化化的的电电场场能能够够产产生生磁磁场场，变变化化的的磁磁场场也也能能够够产产生生电电场场B电电磁波和机械波都只能在介磁波和机械波都只能在介质质中中传传播播C电电磁波在空磁波在空间传间传播播时时，电电磁能也随着一起磁能也随着一起传传播播D电电磁波穿磁波穿过过两种介两种介质质的分界面的分界面时频时频率会率会发发生改生改变变解解析析：由由麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场理理论论可可知知，选选项项A正正确确；电电磁磁波波可可以以在在真真空空中中传传播播，而而机机械械波波只只能能在在介介质质中中传传播播，选选项项B错错；波波传传播播时时，能能量量随随波波一一起起传传播播，选选项项C正正确确；电电磁磁波波穿穿过过两两种种介质的分界面时频率不变，波长、波速发生改变，选项介质的分界面时频率不变，波长、波速发生改变，选项D错错答案：答案：AC点评：点评：解决此类问题应注意解决此类问题应注意1电磁波的波速电磁波的波速(1)不不同同电电磁磁波波在在同同一一介介质质传传播播时时，传传播播速速度度不不同同，频频率率越高波速越小，频率越低波速越大越高波速越小，频率越低波速越大(2)在在真真空空中中传传播播时时，不不同同频频率率的的电电磁磁波波的的速速度度相相同同，vc.2电电磁磁波波与与机机械械波波不不同同，机机械械波波在在介介质质中中传传播播的的速速度度只只与与介介质质有有关关，电电磁磁波波在在介介质质中中传传播播的的速速度度与与介介质质和和频频率率均均有有关关跟跟 踪踪 训训 练练 1(1)麦麦 克克 斯斯 韦韦 电电 磁磁 理理 论论 的的 内内 容容 是是：_.(2)电电磁磁波波在在传传播播过过程程中中，每每处处的的电电场场方方向向和和磁磁场场方方向向总总是是_的的，并并和和该该处处电电磁磁波波的的传传播播方方向向_，这这就就说说明明电电磁波是磁波是_波波(3)目目前前雷雷达达发发射射的的电电磁磁波波频频率率多多在在200 MHz至至1 000 MHz的范的范围围内内请请回答下列关于雷达和回答下列关于雷达和电电磁波的有关磁波的有关问题问题雷达雷达发发射射电电磁波的波磁波的波长长范范围围是多少？是多少？能能否否根根据据雷雷达达发发出出的的电电磁磁波波确确定定雷雷达达和和目目标标间间的的距距离离？答案：答案：(1)变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场(2)垂直垂直横垂直垂直横(3)0.3 m1.5 m能能解解析析：(1)麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁理理论论的的内内容容是是：变变化化的的磁磁场场产产生生电场，变化的电场产生磁场电场，变化的电场产生磁场(2)电电磁磁波波在在传传播播过过程程中中，每每处处的的电电场场方方向向和和磁磁场场方方向向总总是是垂垂直直的的，并并和和该该处处电电磁磁波波的的传传播播方方向向垂垂直直，这这说说明明电电磁磁波波是是横波横波 某某雷雷达达工工作作时时，发发射射电电磁磁波波的的波波长长20 cm，每每秒秒脉冲数脉冲数n5 000，每个脉冲持，每个脉冲持续时间续时间t0.02 s.(1)雷达工作雷达工作时时，应应用了用了电电磁波中哪个波段？磁波中哪个波段？(2)该电该电磁波的磁波的频频率率为为多少？多少？(3)该该雷达的最大雷达的最大侦侦察距离是多少？察距离是多少？思思路路点点拨拨：电电磁磁波波在在空空气气中中的的传传播播速速度度可可以以认认为为等等于于光光速速c，由由cf可可求求频频率率，根根据据脉脉冲冲波波的的持持续续时时间间，计计算算雷雷达达发发射和反射波的传播距离，从而求出侦察距离射和反射波的传播距离，从而求出侦察距离解解析析：(1)由由20 cm，该该雷雷达达用用的的电电磁磁波波属属于于无无线线电电波波中的微波波段中的微波波段(2)根据根据cf答案：答案：(1)微波波段微波波段(2)1.5109 Hz(3)30 km点点评评：(1)当当反反射射波波形形与与发发射射波波形形对对应应的的时时间间间间隔隔等等于于发发射脉冲的时间间隔时，雷达的侦察距离最大，射脉冲的时间间隔时，雷达的侦察距离最大，sct/2.(2)要要增增大大雷雷达达的的最最大大侦侦察察距距离离，必必须须相相应应地地延延长长发发射射脉脉冲的时间间隔，即减少每秒发射的脉冲数冲的时间间隔，即减少每秒发射的脉冲数(3)因因电电磁磁波波在在传传播播过过程程中中不不可可避避免免地地要要损损失失能能量量，因因此此要要提提高高雷雷达达的的侦侦察察能能力力，增增大大最最大大侦侦察察距距离离，最最根根本本的的还还在在于于提高雷达的发射功率提高雷达的发射功率跟跟踪踪训训练练2雷雷达达向向远远处处发发射射无无线线电电波波，每每次次发发射射的的时时间间是是1 s，两两次次发发射射的的时时间间间间隔隔为为100 s，在在指指示示器器的的荧荧光光屏屏上上呈呈现现出出的的尖尖形形波波如如图图所所示示，已已知知图图中中abbc，则则障障碍碍物物与与雷雷达达之之间间距离有多大？距离有多大？答案：答案：7.5103 m解解析析：本本题题主主要要考考查查了了雷雷达达的的工工作作原原理理图图中中a和和c处处的的尖尖形形波波是是雷雷达达向向目目标标发发射射无无线线电电波波时时出出现现的的，b处处的的尖尖形形波波是是雷雷达达收收到到障障碍碍物物反反射射回回来来的的无无线线电电波波时时出出现现的的，由由abbc，可可知无线电波从发射到返回所用的时间为知无线电波从发射到返回所用的时间为50 s.设设障障碍碍物物与与雷雷达达之之间间的的距距离离为为s，由由题题意意可可知知无无线线电电波波来来回时间为回时间为t50 s，由，由2sct得得sct/23.010850106/2m7.5103 m.一一电电子子(m09.11031 kg)以以0.99c的