高考物理总复习课件人教版高中物理选修三《麦克斯韦电磁场理论相对论解》专题讲解ppt课件

1理解电磁场理论，以及电磁波的周期、频率、波长和波速之间的关系 2了解无线电波的发射与接收以及电视、雷达的一般性知识 3了解相对论的基本假设 4会用质速关系、质能关系和相对论质能关系式进行有关计算,本章主要分为两部分，第一部分为电磁波，本部分主要包括电磁振荡、电磁场和电磁波等知识，是前面所学电磁学、机械振动和机械波等知识的继续，并与光的本性知识相联系，从运动形式上看，这部分内容都具有波动的共性，复习时要把握“波动”的共性，又要注意区别；第二部分为相对论简介，对于这部分内容主要是了解相对论的一些观点,在复习本章时应以课本为主，对每个考点的内容都要熟练记忆，掌握最基本的知识和内容即可重点内容是麦克斯韦的电磁理论、电磁波的传播和电磁波谱，以及相对论的质速关系、质能关系,第一单元 麦克斯韦电磁场理论相 对论解,1麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生 ，变化的电场能够在周围空间产生 2电磁场 变化的电场在周围空间产生磁场，变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是电磁场,电场,磁场,1产生：变化的电场和 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 2特点 (1)电磁波的传播不需要 ，但可以在介质中传播 (2)如图1所示，在电磁波中每处的电场强度和磁感应强度的方向总是垂直的，并且都跟电磁波的传播方向垂直，所以电磁波是 ,变化的,电磁波,介质,横波,(3)电磁波的波速等于光速，实际上，光就是特定频率范围内的电磁波,图1,1概念 (1)振荡电流：大小和方向发生周期性变化的电流它是一种频率很高的 (2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路最简单的振荡电路，就是LC回路LC振荡电路是由电感线圈和电容器组成的电路，简称 ,交变电流,LC回路,(3)电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生 变化，这种现象叫电磁振荡 (4)周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做 ，1s内完成的周期性变化的次数叫做频率,周期性,周期,图2,电路分析： 甲图：电场能达到最大，磁场能为零，电路感应电流i0. 甲乙：电场能，磁场能，电路中电流i，电路中磁场能向电场能转化，叫放电过程 乙图：磁场能达到最大，电场能为零，电路中电流i达到最大 乙丙：电场能，磁场能，电路中电流i，电路中磁场能向电场能转化，叫充电过程,丙图：电场能达到最大(与甲图的电场反向)，磁场能为零，电路中电流为零 丙丁：电场能，磁场能，电路中电流i，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程 丁图：磁场能达到最大，电场能为零，回路中电流达到最大(方向与原方向相反) 丁戊：电场能，磁场能，电路中电流i，电路中磁场能向电场能转化，叫反向充电过程 戊与甲是重合的，从而振荡电路完成了一个周期,1无线电波的发射 (1)发射电磁波的条件 第一，要有足够高的 ；第二，电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间 (2)发射电磁波是利用它传递某种信号，因此必须进行调制所谓调制，就是把要 加在电磁波上的过程，有调幅和调频两种方式,频率,传播的信号,2无线电波的接收 无线电波的接收过程是：调谐电路利用电谐振的原理接收所需的电磁波，再通过检波器检波得到电磁波所携带的信号 (1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫调谐 (3)从接收到的高频信号中“检出”所携带信号的过程叫检波，也叫解调，它是调制的,逆过程,3电视的基本原理 在电视发射端，由摄像管摄取景物并将景物反射的光转变为电信号的过程就是摄像，这个过程由摄像管完成在电视接收端，由电视接收机的显像管把电信号还原成景物的像，这一过程中要进行调谐、检波等过程电视信号的传播主要是通过 传播,直线,4雷达的基本原理 雷达是利用 来判定物体位置的电子设备雷达向某一方向发射电磁波时，在显示器的荧光屏上呈现发射的尖形波，无线电波遇到障碍物反射回来，被雷达接收，在显示器的荧光屏上出现第二个尖形波，根据两个尖形波的距离，可得到障碍物到雷达站的距离，再根据发射电磁波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置利用多普勒效应还可以测量移动物体的速度雷达是利用电磁波谱的微波段工作的,电磁波,1电磁波按波长由大到小的顺序为： 、 2不同电磁波产生机理不同：无线电波由振荡电路中自由电子的 运动产生；可见光由原子的 受激后产生；X射线由原子的 受激后产生；射线是 受到激发后产生的,无线电波,红外线、可见光、紫光线、X射线、射线,周期性,层电子,外,内层电子,原子核,3不同电磁波的特性不同：无线电波易发生 和 红外线有显著 ；可见光可引起视觉反应；紫外线有显著的 ；X射线的 能力很强；射线的 能力更强,干涉,衍射,热作用,化学作用,穿透,穿透,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，形成一个不可分离的统一的场，就是电磁场,(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,变化的磁场产生的电场，称为感应电场，也叫涡旋场，跟前面学过的静电场一样，处于电场中的电荷受力的作用，且FqE. 但它们也有显著的区别，最明显的莫过于以下几点： 静电场的电场线是非闭合曲线，而感应电场的电场线是闭合曲线； 静电场中有电势的概念，而感应电场中无电势概念；,在同一静电场中，电荷运动一周(曲线闭合)，电场力做功一定为零，而在感应电场中，电荷沿闭合线运动一周，电场力做功不一定为零 静电场的“源”起于“电荷”，而感应电场的“源”起于变化的磁场,说明：(1)同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小 (2)不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率高则波速小 (3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同，即等于光速 (4)电磁波可以脱离“波源”而独立存在，电磁波发射出去以后，产生电磁波的波源停止发射后，在空间的电磁波仍继续传播,1不同的电磁波，由于频率和波长的不同，因而表现了不同的特性，波长较长的无线电波和红外线，很容易发生干涉、衍射现象，而波长较短的紫外线、伦琴射线、射线，不容易观察到它的干涉、衍射现象 2在电磁波谱中，能引起视觉的可见光是频率范围很窄的一段电磁波 3各波段的电磁波特性比较,1长度的相对性 设静止物体长为l0，在此长度方向上运动的速度为v，在此惯性系中测量长度为l，则由狭义相对论会得出如下式： 理解： (1)不同惯性系中的观测者对同一物体进行观测，测得的结果并不相同 (2)虽然结果不同，物体本身并未收缩,(3)在垂直于运动方向不发生收缩效应现象 (4)我们平常观察不到这种长度收缩效应，是因为我们生活在比光速低很多的低速世界里，这种现象极不明显因此，在低速运动中，长度收缩效应可忽略不计,2时间间隔的相对性 对同一个物理事件，在静止参考系中观测所经历的时间为t，在高速运动的参考系中观测所经历的时间为，则有t .,理解： (1)一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长，惯性系速度越大，我们观察到的过程所经历的时间越长 (2)由于运动是相对的，故在某一个参考系中观察另一个不同参考系里发生的物理事件时，总感到时间的延缓效应,质量和能量都是物体的重要属性质量可以通过物体的惯性和万有引力现象而显示出来，能量则通过物体系统状态变化时对外做功、传递热量等形式而显示出来质能关系式揭示了质量和能量是不可分割的，这个公式建立了这两个属性在量值上的关系，它表示具有一定质量的物体也必具有和这质量相当的能量通常所说的物体的动能仅是mc2和m0c2的差额，即,爱因斯坦质能方程Emc2，表明物体的质量和能量间的关系，即物体具有的能量与其质量成正比，当物体的能量增加或减少时，它的质量也会相应地增加或减少，即Emc2.,【例1】 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,分析：分析麦克斯韦的电磁场理论时，要注意“变化”、“均匀变化”、“周期性变化”这几种说法的不同 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，只能形成稳定的磁场或电场，B项正确 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德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在所以D正确 答案：BCD,高分通道 紧紧抓住麦克斯韦电磁场理论的要点，并深刻理解是解决本类题的关键麦克斯韦电磁场理论可以理解为：静止电场不产生磁场，电场独立存在，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生非稳定磁场，振荡电场产生同频率的振荡磁场,变式1：(2009年天津卷)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：电磁波可以在真空中传播，能发生干涉、衍射、偏振等现象并且它可以传递信息，可知只有B选项正确 答案：B,【例2】 下列关于电磁波的叙述中，正确的是 ( ) A电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播 B电磁波在任何介质中的传播速度均为3.00108m/s C电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短 D电磁波不能产生干涉及衍射现象 分析：本题考查电磁波与机械波的区别，熟记电磁波和机械波的特点是解题的关键,解析：电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播，选项A正确 电磁波在不同的介质中传播的速度不同，在真空中传播的速度最大，为3.00108m/s，选项B错误 电磁波的波速、波长和频率的关系：vf，电磁波在不同介质中传播时频率f不变，由真空进入介质传播时，由于速度变大，波长变短，选项C正确 电磁波是波，具有波的一切特性，能发生干涉、衍射现象，选项D错误 答案：AC,高分通道 解决此类问题应注意： (1)电磁波的波速 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 在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同，vc. (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,变式2：(2010年山东潍坊二模)有关电磁波和声波，下列说法错误的是 ( ) A电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质 B由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大 C电磁波是横波，声波也是横波 D由空气进入水中传播时，电磁波的波长变短，声波的波长变长,解析：电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，选项A的说法正确；电磁波由空气进入水中，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，选项B的说法正确；电磁波的传播方向与E、B两个振动矢量的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，选项C说法错误；电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变长，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变大，选项D的说法正确，故答案为C. 答案：C,【例3】 1947年，在用乳胶研究高空宇宙射线时，发现了一种不稳定的基本粒子，称作介子，质量约为电子质量的273倍，它带有一个电子电荷量的正电荷或负电荷，称作或.若参考系中介子处于静止，它们的平均寿命为2.56108s，设介子以0.9c速率运动，求： (1)在实验室参考系观测到该粒子的平均寿命 (2)在实验室参考系中观测到该粒子运动的平均距离 (3)该粒子运动时的动能,答案：(1)5.87108s (2)15.85 m (3)2.891011J,高分通道 本题比较全面地考查了大纲要求的相对论内容，介子的寿命问题也有力地证明了相对论的正确性本题中要特别注意，与的关系和粒子动能的求法,变式3：长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了一艘宇宙飞船的船身长度为L090 m，相对地面以u0.8c的速度在一观测站的上空飞过 (1)观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ (2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？,答案：(1)2.25107s (2)3.75107s,1(2009年山东卷)声波和电磁波均可传递信息，且都具有波的共同特征下列说法正确的是 ( ) A声波的传播速度小于电磁波的传播速度 B声波和电磁波都能引起鼓膜振动 C电磁波都能被人看见，声波都能被人听见 D二胡演奏发出的是声波，而电子琴演奏发出的是电磁波,解析：声波属于机械波，其传播需要介质，传播速度小于电磁波的传播速度；鼓膜的振动是空气的振动带动的，人耳听不到电磁波；电磁波的传播不需要介质，人耳听不到电磁波；二胡和电子琴发出的都是声波 答案：A,2用麦克斯韦的电磁场理论判断，下图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是 ( ),解析：周期性变化的磁场，产生周期性变化的电场，它们变化的频率相同但步调不一样，是互余关系，选C. 答案：C,3(2009年北京卷)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