144电磁波、相对论

1、K会，廷绍膏、 ufv. com本人声明：本资源属本人原创作品，授予21世纪教育网独家发行。新课标高三一轮复习精品学案第十四章第4讲第十四章选修3-4光学电磁波相对论第四讲电磁波和相对论【重点知识精讲】麦克斯韦电磁场理论：变化电场产生磁场，变化磁场产生电场。变化的电 场和磁场总是相互联系的形成一个不可分割的统一的电磁场。变化的电场和磁场 由近及远向周围空间传播形成电磁波。电磁波是横波，它的传播不需要介质，在 真空中也可以传播，电磁波传递电磁场能量。电磁波能够发生反射、折射、干涉 和衍射。麦克斯韦根据光在真空中传播速度与电磁波相同，提出光在本质上是一 种电磁波。狭义相对论的两个假设是：0狭义相对

2、性原理：在不同的惯性参考系中，一 切物理规律都是相同的；即物理规律（包括力学、光学、电磁学等的数学形式与 参考系的选择无关。光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是 相同的，与光源的运动和观察者的运动无关。狭义相对论的三个推论是：同时的相对性：在某一惯性系中同时发生的两个 事件，在另一个相对它运动的惯性系中，不是同时发生。长度的相对性（尺缩 效应）：从相对地面以v做匀速运动的惯性系中，测得一根杆长为10，杆相对惯 性系是静止的，且与v平行放置，则从地面惯性系中测得杆长为 1，1 =|仍2,一一，一，一 ，1。1-IJ。在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，即所谓的尺缩效 应，速度

3、越大，尺缩效应越明显，当速度接近光速时，尺子几乎缩成一个点。当 杆沿着垂直于自身的方向运动时，测得的长度和静止时一样。时间间隔的相对 性（钟慢效应）：从相对地面以v做匀速运动的惯性系中，测得该惯性系内某事件 经历的时间为八。，则从地面惯性系中测得该事件经历的时间为t，!，仍2_ ，一 t=。/ 1-IJ。运动的时钟比静止的时钟走得慢，即所谓的钟慢效应。而且，运动速度v越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了。狭义相对论的三 个推论说明空间和时间与物质的运动状态有关。狭义相对论的三个公式是：相对论速度变换公式：某惯性系相对地面的速度 为力该惯性系中物体以速度沿惯性系速度u的方向相对惯性系运动

4、，那么物 体相对地面的速度为u，= 公二。如果惯性系中的物体运动方向与惯性系运1 u V1 +C 2动方向相同，取正值；如果惯性系中的物体运动方向与惯性系运动方向相反， u取负值。相对论质量：设物体静止时质量为m0,物体以速度v运动时质量 为m，则m= . m0。微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量.广 k c J质能方程：E=mc2。质能方程揭示了物体的质量与能量的对应关系，物体的能量 与质量成正比，由质能方程可推出能量变化与质量变化之间的关系：AE=Amc2, 此式常用于计算核反应过程中由于质量亏损释放的能量。物体运动时的能量E m1和静止时的能量E之差就是物体的动能E，E =E

5、-E = oc2- m c2= -m v2。T2、k c ）典型考法典例1. （2010天津理综）下列关于电磁波的说法正确的是均匀变化的磁场能够在空间产生电场电磁波在真空和介质中传播的速度相同只要有电场和磁场，就能产生电磁波电磁波在同种介质中只能沿直线传播【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场能够在空间产生恒定电场， 选项A正确；电磁波在真空和介质中传播的速度不相同，选项B错误；只要有电 场和磁场，不一定就能产生电磁波，选项C错误；若介质密度不均匀，电磁波在 同种介质中也会发生偏折，选项D错误。【答案】A【点评】此题考查对电磁波理论的理解和掌握。针对训练题1. （2009北京理综卷第1

6、5题）.类比是一种有效的学习方法，通过 归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率。在类比过程中，既要找出共同 之处，又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容， 其中不正确的是D .机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波解析：电磁波是横波，选项D说法不正确。【答案】D典例2 （2010北京理综）属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中，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】狭义相

7、对性的基本假设是：一切物理规律在不同的惯性参考系中都是相 同的，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，所以选项A正确。【答案】A【点评】时间间隔具有相对性是狭义相对论的推论，物体的能量与质量成正比是 相对论的质能方程得出的结论，不属于狭义相对论基本假设。【针对训练题】2 （2009年江苏高考卷）如图所示，强强乘电梯速度为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0.5 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。（填写选项前的字母）A. 0.4cB. 0.5cC. 0.9cD. 1.0c【解析】根据爱因斯坦狭义相对性的假设，真空中的光速在

8、不同的惯性参考系都 是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关，所以壮壮观测到该光束的传播速 度为1.0c。选项D正确。【答案】D【达标测试题】（2010上海物理）电磁波包含了丫射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波 长由长到短的排列顺序是无线电波、红外线、紫外线、丫射线红外线、无线电波、丫射线、紫外线丫射线、红外线、紫外线、无线电波紫外线、无线电波、丫射线、红外线【解析】根据电磁波谱，按波长由长到短的排列顺序是无线电波、红外线、紫外 线、丫射线，选项A正确。【答案】A2。关于以下几种电磁波的作用，说法正确的是非典时期在机场、码头、车站等交通出口处，使用红外线热像仪检测通过它的 发热病人，是利用

9、了物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高红外线遥感技术是利用了红外线的显著热效应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：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犬担纪输、 ufv. com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，选项D正确。

10、答案：.ABD3. （2012云南部分名校联考）下列说法中正确的是机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播只要有电场和磁场，就能产生电磁波当物体运动的速度接近光速时，时间和空间都要发生变化当观测者靠近或远离波源时，感受到的频率会发生变化答案：ACD；解析：只要有变化的电场和磁场，就能产生电磁波，选项B错误。4. （2012苏北四市联考）下列说法中正确的是人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射麦克斯韦预言并用实验证实了电磁波的存在离开地球的高速火箭里的人认为地球上人的寿命变长了单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长有关.答案：AC解析：人耳能听见的声波比超声波波长长，更易

11、发生衍射，选项A正确； 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B错误；由相 对论推出的结论可知，离开地球的高速火箭里的人观察地球在高速运动，时间变 长，认为地球上人的寿命变长了，选项C正确；单摆在周期性外力作用下做受 迫振动，其振动周期等于驱动力的周期，与单摆的摆长无关，选项D错误。（6分）（2012河北唐山五校联考）下面的说法正确的是（）火车过桥时要减速是为了防止火车发生共振“闻其声不见其人”是波的衍射现象电磁波谱中最容易发生衍射现象的是射线利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目 标的距离答案：BD解析：火车过桥时要减速是为了防止桥梁发生共振，选项A

12、错误;“闻其声不见其人，是声波的衍射现象，选项B正确；电磁波谱中最不容易发生衍射现象的是射线，选项C错误；利用雷达测出发射微波脉冲及接收到 脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离，选项D正确。6（2011江苏物理）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H A A（A）同时被照亮-二二- ：（B）A先被照亮（C）C先被照亮（D）无法判断【解析】：火车上的观察者以火车为参考系，那么三座铁塔A、B和C均沿CA 方向运动。当铁塔B发出一个闪光，向AC传播过程中，A是远离光线运动，C

13、 是向着光线运动，所以火车上的观察者看到光线先传播到C，即C先被照亮，选 项C正确。【答案】C【点评】此题考查同时的相对性，意在考查考生的理解能力。7（2008年江苏高考卷）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方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是ABCD【解析】由相对论的尺缩效应可知，沿运动方向上的边长变短，垂直运动方向的 边长不变，C图象正确。【答案】C【点评】运动物体的速度越大，沿运动方向上的边长变短越多。8（2008年海南高考物理）设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍.则粒子登陆21世纪教育助您教考全无忧运动时的质量等于其静止质量的 倍，粒子运

14、动速度是光速的 倍。【解析】设宇宙射线粒子静止质量为m0,运动时的质量为m,粒子以速度V运 动时的能量E=mc2，静止时的能量为E0=m0c2，依题意=旭0，故m=km0，即粒子运动时的质量等于其静止质量的k倍；由m=0= k c ）=和m=km0，解得v_Ck2-1 c。即粒子运动速度是光速的2-1倍。kk【答案】k； H2-1k【点评】此题考查应用狭义相对论初步中的有关公式的简单计算。据报导，欧洲大型强子对撞机开足马力可以把粒子加速到光速的99.9%，单束 粒子能量可达到7万亿电子伏特。下列说法正确的是如果继续对粒子加速，粒子速度可以达到光速如果继续对粒子加速，粒子速度可能超过光速粒子高速

15、运动时质量大于静止时的质量粒子高速运动时质量小于静止时的质量答案：C解析：根据相对论可知，物体的速度不可能等于或超过光速，选项AB错误；根 据相对论质量与速度关系，物体运动时质量大于静止时的质量，选项C正确D 错误。（2012年开封二模）下列说法正确的是：X射线的频率比无线电波的频率高做简谐运动的单摆摆长增大为原来的2倍，其周期也增大为原来的2倍根据狭义相对论，地面上的人看到高速运行的列车比静止时变短且矮用同一装置观察光的双缝干涉现象，蓝光的相邻条纹间距比红光的小答案：AD解析：X射线的频率比无线电波的频率高，选项A正确；由单摆周期 公式可知，做简谐运动的单摆摆长增大为原来的2倍，其周期也增大

16、为原来的倍，选项B错误；根据狭义相对论，地面上的人看到高速运行的列车比静止时变 短且高度不变，选项C错误；由于蓝光波长比红光短，由双缝干涉条纹间隔公式 可知，用同一装置观察光的双缝干涉现象，蓝光的相邻条纹间距比红光的小，选 项D正确。（2012辽宁本溪一中庄河高中期末联考）下列说法中正确的是光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象光传播时，若遇到的障碍物的尺寸比光的波长大很多，衍射现象十分明显， 此时不能认为光沿直线传播麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来赫兹用实验证实电磁波 的存在走时快的摆钟必须调长摆长，才可能使其走时准确10.答案：ADE解析：在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的干涉现 象，选项B错误；光传播时，若遇到的障碍物的尺寸比光的波长大很多， 衍射现象十分不明显，此时可以认为光沿直线传播，选项C错误。（2012南京一模）以下说法正确的是（）无论什么波，只要振幅足够大就可以产生明显的衍射现象根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波波源与观察者互相靠近或者互相远离时