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第五节电磁波相对论简介第十二章机械振动与机械波光电磁波与相对论一、电磁波的产生1．麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生_________，变化的电场产生__________．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．电场磁场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_______________介质．(2)真空中电磁波的速度为_______________m/s.(3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象．不需要3.0×1081.(2013·高考四川卷)下列关于电磁波的说法，正确的是()A．电磁波只能在真空中传播B．电场随时间变化时一定产生电磁波C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在C二、电磁波的发射与接收1．电磁波的发射(1)发射条件：足够高的_________和_____________．(2)调制分类：调幅和调频．2．电磁波的接收(1)调谐：使接收电路产生___________的过程．(2)解调：使声音或图像信号从_______________中还原出来的过程．频率开放电路电谐振高频电流2.关于电磁波的发射和接收，以下说法正确的是()A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路B．信号频率比较低，不能直接用来发射电磁波C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程BCD三、相对论的简单知识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__________，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．相同的相同的2．相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m＝____________.(2)物体运动时的质量m总要__________静止时的质量m0.m0/1－vc2大于3．相对论质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝____________.mc23.关于狭义相对论的说法，不正确的是()A．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D考点一对电磁场理论和电磁波的理解考点二电磁波谱及电磁波的应用考点三狭义相对论的简单应用考点一对电磁场理论和电磁波的理解1．对麦克斯韦电磁场理论的理解2．对电磁波的理解(1)电磁波是横波．电磁波的电场E、磁场B、传播方向v三者两两垂直，如图所示．(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关．(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能沿直线传播(2)目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内．请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题．①雷达发射电磁波的波长范围是多少？②能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？A[答案]①0.3m～1.5m②能[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v＝λf知在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)①由c＝λf可得：λ1＝cf1＝3.0×108200×106m＝1.5m，λ2＝cf2＝3.0×1081000×106m＝0.3m.故雷达发射电磁波的波长范围是0.3m～1.5m.②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＝vt2确定雷达和目标间的距离．1.关于电磁场和电磁波,下列说法中正确的是()A．均匀变化的电场在它的周围产生均匀变化的磁场B．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播D．只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波解析：均匀变化的电场在它的周围产生恒定的磁场，A错；机械波的传播依赖于介质，电磁波的传播不需要介质，C错．BD考点二电磁波谱及电磁波的应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波红外线可见光3×101110－3波动性强易发生衍射无线电技术1011～101510－3～10－7热效应红外遥感101510－7引起视觉照明、摄影电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律紫外线X射线γ射线1015～101710－7～10－9化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪1016～101910－8～10－11贯穿本领强检查、医用透视101910－11贯穿本领最强工业探伤、医用治疗特别提醒：(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性，其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、γ射线等，穿透能力较强.(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠，但它们产生的机理不同．下列说法中正确的是()A．红外线、紫外线、伦琴射线和γ射线在真空中传播的速度均一样，均为3×108m/sB．红外线应用在遥感技术中，是利用它穿透本领强的特性C．紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度D．日光灯是紫外线的荧光效应的应用[解析]不同波长的电磁波在真空中的传播速度均为c；红外线在遥感技术中用到了它的衍射现象；紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度；利用紫外线的荧光效应可以制成日光灯．由此可知A、C、D正确．ACD2.关于红外线的以下说法中正确的是()A．不同的物体辐射红外线的波长和强度相同，所以不可以在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射B．可以利用红外线的热效应对物体进行烘干C．利用红外线波长较长，容易发生衍射的特点进行远距离和高空摄影D．利用不同物体辐射红外线的波长和强度的不同可以对物体进行远距离探测BCD解析：红外线是一种光波，一切物体都在不停地对外辐射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强一些．由于红外线的热效应，可用来烘干，又由于坦克、舰艇、人体等一切物体都在不停地发射红外线，并且不同的物体所辐射的红外线，其波长和强度不同，故在夜间或浓雾天气可通过红外线探测器来接收信号，并用电子仪器对接收到的信号进行处理，或用对红外线敏感的照相底片进行远距离摄影和高空摄影，就可察知物体的形状和特征．所以选项B、C、D正确．考点三狭义相对论的简单应用1．速度变换公式：u＝u′＋v1＋u′vc2.若u′＝v＝c时，u＝c，从而证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理．2．相对论质量：m＝m01－vc2.从上式可以看出，当物体(一般是粒子)的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量．3．质能方程：E＝mc2.含义：反映物体质量和能量之间的关系．由此会有两种能量表达：静止时的能量和运动时的能量；两能量之差就是物体的动能Ek，即Ek＝E－E0.4．时间间隔的相对性：Δt＝Δτ1－vc2.含义：运动的时钟变慢，一切物理、生理过程变慢．5．长度的相对性：l＝l01－vc2.含义：在运动方向上的长度变小，在垂直运动方向上的长度不变．(1)你站在一条长木杆的中央附近，并且看到木杆落在地上时是两头同时落地．所以，你认为这木杆是平着落到了地上．而此时飞飞同学正以接近光速的速度从木杆前面掠过，如图所示．她看到()A．两端同时落地B．A端比B端先落地C．B端比A端先落地D．木杆是向右倾斜着落地的CD(2)一张宣传画是边长为5m的正方形，一高速列车以2×108m/s速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？[答案]3.7×5m2的画(3)远方的一颗星以0.8c的速度远离地球，在地球上测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？[答案]3昼夜[解析](1)令飞飞同学所在的参考系静止，则人和杆所在的参考系将向BA方向运动，在杆下落的同时，假设在AB的中央有一光源开始发光，且光源向右运动经过杆落地时间后，B距光源比A距光源近了，根据光速不变原理可知，光到达B所用时间比A短，故B事件先发生，即B先落地；至于木杆向哪倾斜也是相对的，从飞飞的角度看，木杆是向右倾斜着落地的．(2)l＝l01－vc2＝5×1－2×1083×1082m≈3.7m，在垂直运动方向没有相对性，所以看到的是一张3.7×5m2的宣传画．(3)因为Δt＝Δτ1－vc2，所以Δτ＝Δt·1－vc2，Δt＝5昼夜，v＝0.8c，所以Δτ＝5×1－0.82＝3(昼夜)．[方法总结]狭义相对论问题的求解技巧(1)解决“同时”的相对性问题，可从三个方面入手：①令观察者静止，判断被观察者因相对运动而引起的位置变化．②结合光速不变原理，分析光传播到两个事件所用的时间.③光先传播到的事件先发生，光后传播到的事件后发生．(2)“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，在垂直于运动方向上的长度没有变化．(3)“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的结果，也是相对的，即两个惯性系中的观察者都发现对方的钟变慢了.3.据报道，欧洲大型强子对撞机(LHC)“开足马力”后能把数以百万计的粒子加速至每秒钟30万公里，相当于光速的99.9%，粒子流每秒可在隧道内狂飙11245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C