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内容要求变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，电磁波及其传播Ⅰ电磁波的产生、发射和接收Ⅰ电磁波谱Ⅰ狭义相对论的基本假设Ⅰ质速关系、质能关系Ⅰ相对论质能关系式Ⅰ电磁振荡和电磁波的内容在高考中重点考查LC振荡电路的振荡过程及其规律，考查方式是采取论证和计算较少而概念叙述较多．电磁波的发射、接收及相对论部分单独出题的概率不大．电磁振荡和电磁波的重点和难点是：LC振荡回路产生的电磁振荡，核心内容是麦克斯韦电磁场理论．对相对论简介要认真看书阅读了解．课时46电磁波考点一麦克斯韦电磁理论►基础梳理◄1．麦克斯韦电磁理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．2．电磁场：变化的电场和磁场总是互相联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场．►疑难详析◄1．均匀变化是指在相等时间内磁感应强度或电场强度的变化量相等，或者说磁感应强度或电场强度对时间的变化率为一定值．2．变化磁场在周围空间产生的电场为感应电场(也叫涡旋电场)，与由电荷激发的静电场不同．它的电场线是闭合的，它的存在与空间的无导体或闭合电路无关．►深化拓展◄1．均匀变化的磁场产生稳定的电场，不均匀变化的磁场产生变化的电场，振荡磁场产生同频率的振荡电场．2．均匀变化的电场产生稳定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡电场产生同频率的振荡磁场．考点二电磁波►基础梳理◄1．产生：变化的电场和变化的磁场总是交替产生，由发生区域向周围空间传播开去，就形成电磁波．2．特点：(1)是横波，电场强度E和磁感应强度B的方向都与传播方向垂直．(2)是一种波动，在真空中传播的速度为3.0×108m/s，在介质中传播速度小于光速．(3)机械波速公式v＝λf对电磁波仍适用．(4)电磁波本身是一种物质，它具有能量，因而在传播过程中不需要介质．(5)具有波的特征，能产生反射、折射、衍射、干涉等现象．3．英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在．►深化拓展◄1．电磁波可以在真空中传播，也可以在介质中传播，即电磁波可以脱离“波源”而存在；2．同种电磁波在不同介质中传播时，频率不变；不同频率电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同．考点三无线电波的发射和接收►基础梳理◄1．无线电波：无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波．无线电波的波长从几毫米到几十千米．根据波长(或频率)，通常将无线电波分成几个波段，每个波段的无线电波分别有不同的用途．图12．无线电波的发射：(1)要有效地向外发射电磁波，必须满足两个条件：①要有足够高的振荡率，②要有开放电路．(2)开放电路由振荡器、互感线圈、天线、地线等几部分组成．如图1所示．(3)把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变叫做调制．使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅，使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频．3．无线电波的接收：无线电波采用调谐电路接收，当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生电谐振电流最强，这种现象叫电谐振．使接收电路产生的振荡的过程叫做调谐．从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的调制信号过程，叫做检波．检波是调制的逆过程，因此也叫解调．考点四电视和雷达►基础梳理◄1．电视在电视的发射端，用摄像管将光信号转换为电信号，利用电信号对高频振荡进行调制然后通过天线把带有信号的电磁波发射出去；在电视的接收端，通过调谐、检波、解调等过程将电信号送到显像管，再由显像管将电信号还原成图象．2．雷达(1)雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备．(2)雷达用的是微波波段，因为电磁波波长越短，传播的直线性越好，反射性能越强．考点五电磁波谱►基础梳理◄1．电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来构成了范围广阔的电磁波谱．从无线电波到γ射线，都是本质相同的电磁波，它们的行为服从共同的规律，另一方面由于频率或波长的不同而又表现出不同的特征，如波长越长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射等现象，随波长越来越短的可见光、紫外线、X射线、γ射线要观察到它们的干涉、衍射现象，就越来越困难了．2．电磁波产生的机理：无线电波：产生于振荡电路中；红外线、可见光、紫外线：原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线：原子内层电子受到激发而产生的；γ射线：原子核受到激发后产生的．3．电磁波的特点及应用：(1)红外线特点：最显著的是热作用．应用：①红外线加热，②红外摄影，③红外线成像(夜视仪)，④红外遥感．(2)紫外线特性：主要作用是化学作用，还有很强的荧光效应和杀菌消毒作用．应用：①紫外照相，②照明和诱杀害虫的日光灯、黑光灯，③医院里病房和手术室的消毒，④治疗皮肤病、硬骨病．(3)伦琴射线一般由伦琴射线管产生的，也可由高速电子流轰击金属靶产生．特性：穿透本领很强．应用：①工业上金属探伤，②医疗上透视人体．此外还有比伦琴射线波长更短的电磁波，如放射性元素放出的γ射线．题型一对麦克斯韦电磁场理论的理解[例1]某空间出现了如图2所示的一组闭合的电场，这可能是()A．沿AB方向磁场在迅速减弱B．沿AB方向磁场在迅速增强C．沿BA方向磁场在迅速增强D．沿BA方向磁场在迅速减弱图2[解析]根据电磁感应理论，闭合回路中磁通量变化时，使闭合电路中产生感应电流，该电流可用楞次定律判断，其中感应电流的方向和电场线方向一致．[答案]AC题后反思：根据麦克斯韦电磁场理论，闭合电路中产生感应电流，是因为闭合电路中电荷受到了电场作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合电路无关，故空间内磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律判断．下列关于电磁场的说法中正确的是()A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波B．任何变化的电场周围一定有磁场C．振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场D．电磁波的理论在先，实践证明在后解析：根据麦克斯韦的电磁场理论可知选项A错误；若电场或磁场的变化是均匀的，则不能形成电磁波；B项正确．若电场的变化是均匀的，则只能形成稳定的磁场；若电场的变化是非均匀的，则可形成电磁场，由电磁场的定义可知C正确．英国物理学家麦克斯韦从理论上预见了电磁波的存在，并指出电磁波的特点．例如：电磁波的传播不需要介质，它在真空中的速度等于光速，电磁波是横波等，进而说明光是电磁波家庭中的一员．二十多年后由德国物理学家赫兹验证，所以D正确．答案：BCD题型二电磁波和机械波的比较[例2](2009·北京高考)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()A．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B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D．机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波[解析]本题考查机械波和电磁波的区别和联系，意在考查考生对基本概念的理解和辨析．D中，电磁波是横波，不是纵波，其他选项的表述是对的．[答案]D题后反思：解决此类问题应注意：(1)电磁波的波速①不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大．②在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同，v＝c.(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关．对于机械波和电磁波的比较，下面说法正确的是()A．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象B．它们在本质上是相同的，只是频率不同而已C．它们都可能是横波，也可能是纵波D．机械波的传播速度只取决于介质，与频率无关，而电磁波的传播速度与介质无关，只与频率有关解析：机械波和电磁波都是一种波，都具有波的共同特征，即都能发生干涉、衍射、反射、折射等现象，故A选项正确．机械波传播的是一种振动形式，可能是横波，也可能是纵波，而电磁波是一种物质波，是横波不可能是纵波，故B，C选项错误．电磁波的传播速度不仅与介质有关(折射率)，还与其本身的频率有关，故D选项错误．答案：A1．(2009·天津高考)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：本题考查了电磁波的相关知识，意在考查考生对所学知识的理解及迁移能力．根据电磁波的产生机理及传播特性可知，电磁波传播不需要介质，选项A错误；干涉、衍射是电磁波和所有波都具有的共同特性，选项B正确；由于电磁波是横波，故能发生偏振现象，选项C错误；电磁波能够携带图象、声音等信息进行传播，选项D错误．答案：B2．目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内，下列关于雷达和电磁波的说法正确的是()A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3m至1.5m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：据λ＝，电磁波频率在200MHZ至1000MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0.3m至1.5m之间，故A正确．雷达是利用电磁波的反射原理，电磁波的产生是依据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，故CD正确．答案：ACD3．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(CO2)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．下图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3A．2.5～3.5μmB．4～4.5μmC．5～7μmD．8～13μm解析：由图象可知，8～13μm波段的红外线，水和CO2均不吸收，故选D，A、B、C错误．答案：D4．生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆，这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无线电波也具有这种效应．图中的测速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波．由于车辆的运动，接收的无线电波频率与发出时不同，利用频率差f接收－f发出就能计算出车辆的速度．已知发出和接收的频率间关系为f接收＝(1＋)f发出，式中c是真空中的光速，若f发出＝2×109Hz，f接收－f发出＝400Hz，可知被测车辆的速度大小为__________m/s.解析：将f发出＝2×109Hz，f接收－f发出＝400Hz，c＝3×108m·s－1，代入f接收＝(1＋)f发出，可得v车＝30m·s－1.答案：30图45．麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波．一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图5所示，求该光波的频率．图5解析：设光在介质中的传播速度为v，波长为λ，频率为f，则f＝vλ①v＝cn②联立①②式得f＝cnλ③从波形图上读出波长λ＝4×10－7m，代入数据解得f＝5×1014Hz④答案：5×1014Hz