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第十四章电磁振荡、电磁波、相对论1.本章在新课标地区属于选考内容,属于高考非重点章节,高考直接命题的几率不大,独立命题的可能性更小.但作为模块3-4中相对独立的一部分内容,复习备考中还是应该适当地涉及.考查光的波动性时,可能会考查到电磁波的知识.2.本章内容只要求有所了解,不需要做过多的拓展性题目,复习时不宜过深.其中命题频率较高的是电磁波的传播速度、波长和频率的关系以及电磁波的实际应用.3.预计2016年的命题不会在本章出现较多的考查;由于《考试大纲》中规定了“电磁振荡与电磁波”和“相对论”的相关内容,不能完全排除命题的可能性,但考题难度肯定很小,属于常识性的考查.最新考纲提示命题热点预测1.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)2.电磁波的产生、发射和接收(Ⅰ)3.电磁波谱(Ⅰ)4.狭义相对论的基本假设(Ⅰ)5.质速关系、质能关系(Ⅰ)6.相对论质能关系式(Ⅰ)1.常考点:电磁波及其传播、狭义相对论的基本假设.考查形式,选择题和计算题都有可能2.命题热点:电磁波及其传播、狭义相对论的基本假设3.新增考点:质速关系、质能关系、相对论质能关系式基础自主梳理一、麦克斯韦电磁场理论1.变化的磁场产生电场.2.变化的电场产生磁场.3.电磁场:周期性变化的磁场和电场总是交替产生的,形成一个不可分割的整体.基础自主梳理二、电磁波的形成和传播特点1.电磁波:电磁场由近及远的传播过程.2.麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,赫兹用实验成功地证实了电磁波的存在.3.电磁波的特点(1)电磁波在空间传播不需要介质(填“需要”或“不需要”).(2)电磁波是横波(填“横波”或“纵波”).(3)电磁波传播的是电磁场的能量.(4)电磁波能发生反射、折射、干涉、衍射等现象.(1)电磁波在真空中的传播速度是多少?(2)电磁波的传播速度v与波长λ、频率f之间的关系怎样?提示:(1)电磁波在真空中的传播速度等于光速,v=3×108m/s.(2)v=λf.基础自主梳理三、相对论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,一切物理规律都是等价的.(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相等的.基础自主梳理2.基本公式(1)时间和空间的相对性①时间间隔的相对性:Δt=Δ𝜏1-(𝑣𝑐)2.②长度的相对性:l=l01-(𝑣𝑐)2.(2)相对论的速度变换公式:u=𝑢'+𝑣1+𝑢'𝑣𝑐2.(3)相对论质量:m=𝑚01-(𝑣𝑐)2.(4)爱因斯坦质能方程:E=mc2.3.广义相对论简介(1)广义相对论原理:在任何参考系中,物理规律都是相同的.(2)等效原理:一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价.基础自主梳理四、电磁波谱电磁波谱特性应用真空中波长递变规律无线电波容易发生衍射通信和广播大于1mm红外线热效应红外线遥感小于1mm大于700nm可见光引起视觉照明等700nm到400nm之间紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌灭菌消毒、防伪5nm到370nm之间X射线穿透能力强医用透视、安检0.01nm到10nm之间γ射线穿透能力很强工业探伤、医用治疗小于0.01nm要点研析突破电磁振荡、电磁波1.恒定的磁场周围没有电场产生,同理,恒定的电场周围也没有磁场产生.2.变化的磁场产生电场(1)若磁场均匀变化,则产生恒定的电场.(2)若磁场不均匀变化,则产生变化的电场.(3)在振荡电路中,周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场.3.变化的电场产生磁场(1)若电场均匀变化,则产生恒定的磁场.(2)若电场不均匀变化,则产生变化的磁场.(3)在振荡电路中,周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场.4.周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互联系,形成一个不可分割的统一场,就是电磁场.要点研析突破(1)变化的磁场在空间产生的电场,与自由电荷激发的静电场不同,它的电场线是闭合的,它的存在与空间有无导体、有无闭合电路无关.(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场,“均匀变化”指的是在相等的时间内磁感应强度的变化量相同,即磁感应强度对时间的变化率恒定.要点研析突破例1关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是()A．电磁场是一种物质，它只能在真空中传播B．电磁波在真空中传播时，它的电场强度方向和磁感应强度方向互相平行C．由于微波衍射现象不明显，所以雷达用它测定物体的位置D．大气对蓝光的吸收较强，所以天空看起来是蓝色的解析：电磁场是一种特殊的物质，在真空、介质中都可传播，A项错误；电磁波在真空中传播时，它的电场强度方向和磁感应强度方向互相垂直，B项错误；当太阳光通过大气时，太阳光中波长较长的红光、橙光、黄光都能穿透大气层，直接射到地面，而波长较短的蓝、紫等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，从而使光线射向四面八方使天空呈现出蓝色，D项错误答案：C要点研析突破感悟提升:电磁波与机械波的区别区别电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生纵、横波横波纵波或横波波速在真空中等于光速在空气中很小(如声波为340m/s)介质需要不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能要点研析突破1.(2014·四川卷)电磁波已广泛运用于很多领域.下列关于电磁波的说法符合实际的是（）A.电磁波不能产生衍射现象B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同解析：衍射现象是波的特有现象，A错误；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，B错误；遥远天体和地球的距离发生变化时，遥远天体的电磁波由于相对距离发生变化而出现多普勒效应，所以能测出遥远天体相对地球的运动速度，C正确；光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的，即光速不变原理，D错误.答案：C要点研析突破2.电磁波与声波比较()A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大C.由空气进入水中时,电磁波波长变短,声波波长变短D.电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的,与频率无关解析:可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析,A、B两项均与事实相符,所以A、B两项正确;根据λ=𝑣𝑓,电磁波速度变小,频率不变,波长变短,声波速度变大,频率不变,波长变长,所以C项正确;电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,所以D项错误.答案:ABC要点研析突破对质能方程的理解质能方程表达了物体的质量与它所具有的能量的关系:一定的质量总是和一定的能量相对应.具体从以下几个方面理解:1.静止物体的能量E0=m0c2,这种能量叫做物体的静止能,每个有静止质量的物体都具有静止能.2.对于一个以速度v运动的物体,其动能Ek=E-E0=m0c2(22cv-11-1).当v很小时,即cv≪1,212])cv(1[≈2cv1）（,所以,Ek=E-E0=m0v2.3.物体的总能量E为动能与静止能量之和,即E=Ek+E0=m0c2,m为动质量.要点研析突破如图所示,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,列车上的观测者测定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.无法判断要点研析突破思维导引①光在传播过程中速度是否改变?②当列车运行时,铁塔到观察者的距离是否改变?③时间是由哪些因素决定的?解析:火车上的观察者以火车为参考系,那么灯塔A、B、C均沿向CA方向运动,B发出的光向A、C传播的过程中,A是远离光线运动,C是向着光线运动,所以在火车上的观察者看来,光线是先传播到C的,即C先被照亮,C项正确.答案试解:C要点研析突破3.如图所示,强强乘坐速度为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0.5c.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()A.0.4cB.0.5cC.0.9cD.1.0c解析:根据爱因斯坦狭义相对论,在任何参考系中光速不变,D项正确.答案:D要点研析突破4.(2014·银川模拟)对于公式，下列说法中正确的是（）A.公式中的m0是物体以速度v运动时的质量B.当物体运动速度v＞0时，物体的质量m＞m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用C.当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D.通常由于物体的速度太小，质量变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化解析：公式中的m0是物体的静止质量；在v远小于光速时，质量的变化不明显，经典力学依然成立，故选项A、B错误，而C、D正确.答案：CD20)cv(1mm速效提升训练1．电磁波包含了γ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、γ射线B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线解析：按照波长从大到小的顺序依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，故选A.答案：A速效提升训练2.据报道，欧洲大型强子对撞机(LHC)已于2008年9月10日开启，并加速了第一批质子，该对撞机“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解析：根据公式2''cvu1vuu可知物体的速度u不可能等于或大于光速，所以A、B错误.根据公式2)cv(1mm可知高速运动的物体的质量m大于静止时的质量m0，所以C正确，D错误.答案：C速效提升训练3．(多选)根据相对论原理，下列说法中正确的是()A．按照相对论来讲，一个真实的、静止质量不为零的物体，相对任何惯性系的运动速度都不可能等于或超过光速cB．按照相对论及基本力学规律可推出质量和能量的关系为E＝mc2C．某个静质量为m0的物体，相对它静止的观察者测其质量为m＝m0，能量为E＝E0＝m0c2，称为静能量，这表明任何静质量不为零的物体，都贮存着巨大的能量D．按照相对论来讲，物理规律在一切惯性参考系中可以具有不同的形式解析：按照相对论的结论，，这表明高速运动的物体其质量的测量值会非常大并随着速度趋于光速而无限增大，一个真实的物体，其质量是确定值、有限大，所以按照相对论来讲，一个真实的、静止质量不为零的物体，相对任何惯性系的运动速度都不可能等于或超过光速c，选项A的说法是对的；质能关系式能由相对论及基本力学规律推出，所以选项B的说法也是对的；根据质能方程：E＝mc2的意义知C项正确；按照狭义相对论的基本假设，物理规律在一切惯性参考系中都是相同的，所以选项D说法错误，故本题的正确选项为A、B、C.答案：ABC速效提升训练4.下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象.请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上.(1)X光机.(2)紫外线灯.(3)理疗医用“神灯”照射伤口,可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用.A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X射线具有很强的贯穿力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长,易发生衍射速效提升训练解析:(1)X光机是用来透视人的体内器官的,因此需要具有较强穿透力的电磁波,但又不能对人体造成太大的伤害,因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线,选择D项.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的,因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用,因此选择C