【立体设计】高考物理 第13章 第1讲 电磁波的描述及其应用 相对论与量子论初步知识研习 新人教版.ppt

1 初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义 2 了解电磁波的产生 通过电磁波体会电磁场的物质性 3 了解电磁波的发射 传播和接收 4 通过实例认识电磁波谱 知道光是电磁波 5 知道狭义相对论的基本假设 6 知道质速关系和质能关系 7 知道相对论质能关系式 本章的大部分内容是记忆性的 定性了解的 在高考中 电磁波部分单独出现的机会不多 相对论部分是新增添的知识 要求也不高 在高考中一般也不会单独考查 有可能与光学部分相结合 考查对基本概念的掌握和理解 1 电磁振荡 电磁波的产生 1 电磁振荡lc回路产生振荡电流的过程 电容器 正向 放电过程中 振荡电流 电场能向转化 当电容器放电完毕的瞬间 振荡电流 电容器的电荷量 板间场强和电场能为零 线圈周围的磁场最强 磁场能 逐渐增大 磁场能 最大 最大 电容器 反向 充电过程中 振荡电流 方向不变 磁场能向电场能转化 当电容器充电完毕的瞬间 振荡电流 线圈周围的磁场和磁场能为零 电容器的电荷量 板间场强和电场能最大 以上各量都做周期性变化 逐渐减小 为零 3 电磁场 变化的磁场产生 变化的产生磁场 变化的电场和磁场总是相互联系 形成一个不可分割的统一的场 这就是 4 电磁波 产生 和交替产生 且由近及远地向周围传播 形成了电磁波 特点 a 电磁波中的磁感应强度方向和电场强度的方向与传播方向 所以电磁波是 电场 电场 电磁场 电场 磁场 互相垂直 横波 c 电磁波能产生反射 折射 和等现象 c 3 0 108m s 干涉 衍射 2 电磁波发射与接收 1 发射和接收 发射条件 足够高的振荡频率和 调制 有两种形式 和 接收调谐 使接收电路产生的过程 解调 使信号从高频电流中还原 振荡电路的电场 和磁场必须分散到尽可能大的空间 调幅 调频 电谐振 声音或图像 2 电磁波谱 按电磁波的波长从长到短 分布顺序是 无线电波 红外线 x射线和 射线 形成电磁波谱 不同的电磁波具有不同的波长 频率 因此才具有不同的特性 可见光 紫外线 3 相对论简介 1 狭义相对论的基本假设 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 2 时间和空间的相对性 以下公式均不要求定量计算 一切物理规律 5 质能方程 e mc2 6 广义相对论 基本原理广义相对性原理 在任何参考系中 都是相同的 等效原理 一个均匀的引力场与一个等价 广义相对论的预言与证实 时空弯曲 光线弯曲 引力红移等 物理规律 做匀加速运动 的参考系 即时巩固解析为教师用书独有 考点一lc电磁振荡要了解电磁振荡过程中线圈中电流和两端电压 即电容器两极板间电压 的变化关系 一定要注意克服由欧姆定律所形成的电阻中电流和其两端电压成正比的定式思维 因为在电磁振荡中阻碍线圈中电流变化的是线圈中产生的自感电动势而不是电阻 而自感电动势只是阻碍电流的变化 但并不能阻止电流的变化 电磁振荡过程实质上是电场能和磁场能的转化过程 案例1 如图为lc振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的图线 由图可知 1 t1时刻振荡电路的 能最大 2 t2 t3时刻电路中电流正在 填 增大 或 减小 能正在向 能转化 解析 在lc振荡电路中 充电过程 电荷量增加 电流减小 磁场能转化为电场能 放电过程 电荷量减少 电流增大 电场能转化为磁场能 如题图 直接给出了各时刻电容器上的电荷量 形象地表明电容器内的电场能 q t图象的斜率 q t即流过线圈的电流大小和方向 决定线圈的磁场能 q的变化趋势给出电磁场相互转化的情境 从图中看出 t1 t3时刻电荷量最多 全是电场能 无磁场能 t4时刻电荷量为零 电场能全部转化为磁场能 t2到t3 q增大 电容器充电 t1到t2 q减小 电场能转化为磁场能 电流增大 关于电流的变化 也可依i 定性画出i t图象 如下图所示 由图象可知t1 t2电流反向增大 答案 1 电场 2 增大磁场电场 技巧点拨 在分析lc振荡电路时 先要看清要分析的过程是充电过程还是放电过程 然后再分析各物理量 如板间电压 电荷量 振荡电流 如何变化 即时巩固1 某时刻lc回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如图所示 则这时电容器正在 填 充电 或 放电 电流大小正在 填 增大 或 减小 解析 用安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向 而电容器的上极板是正极板 电容器正在充电 电流在减小 答案 充电减小 考点二电磁场与电磁波1 对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解 1 恒定的磁场 电场 不能产生电场 磁场 2 周期性变化的电场 磁场 产生同频率的磁场 电场 才能形成电磁波 3 变化的磁场能够在周围空间产生电场 这种电场与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或者有无闭合电路无关 2 对电磁波的理解 1 电磁波的传播不需要介质 可在真空中传播 在真空中 不同频率的电磁波传播速度是相同的 都等于光速 2 不同频率的电磁波 在同一介质中传播 其速度是不同的 频率越高 波速越小 技巧提示 电磁波不同于机械波 机械波传播必须有介质 而电磁波传播不需要介质 电磁波和机械波都有波特有的特性 案例2 1 麦克斯韦理论的内容是 2 电磁波在传播过程中 每处的电场方向和磁场方向总是 的 并和该处电磁波的传播方向 这就说明电磁波是 波 3 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 雷达发射电磁波的波长范围是多少 能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离 解析 熟记麦克斯韦理论及电磁波的特点 电磁波满足v f 1 麦克斯韦电磁理论的内容 变化的磁场周围会产生电场 变化的电场周围会产生磁场 2 电磁波在传播过程中 每处的电场方向和磁场方向总是垂直的 并和该处电磁波的传播方向垂直 这说明电磁波是横波 电磁波测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来确定距离 所以可根据x vt确定雷达和目标间的距离 答案 1 见解析 2 垂直垂直横 3 0 3 1 5m 能确定雷达和目标间的距离 即时巩固2 2010 天津理综 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 解析 变化的磁场就能产生电场 a正确 若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场 磁场仅均匀变化都不能产生电磁波 c错 光也是电磁波 在真空和介质中传播的速度不同 可判断b错 d选项中没强调是 均匀 介质 若介质密度不均匀会发生折射 故d错 答案 a 考点三关于电磁波谱的理解不同的电磁波 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 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 技巧提示 各波段的电磁波在频率上没有明确的界线 如紫外线和x射线 x射线和 射线都有重叠 但它们产生的机理不同 案例3 1 近年来 在军事行动中 士兵都配戴 红外夜视仪 这样 在夜间也能清楚地看清目标 这是为什么 2 根据热辐射理论 物体发出的最大波长 m与物体的绝对温度t的关系满足t m 2 90 10 3m k 若猫头鹰的猎物 蛇在夜间体温为27 则它发出光的最大波长为 m 属于 波段 解析 根据各种电磁波的特性及应用进行分析判断 1 一切物体都在不停地向外辐射红外线 不同物体辐射出来的红外线不同 采用红外线接收器 可以清楚地分辨出物体的形状 大小和位置 不受白天和夜晚的影响 确认目标后 可以采取有效的行动 答案 1 见解析 2 9 7 10 6红外线 即时巩固3 某一雷达发射的电磁波频率在300 600mhz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 5m至1m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 答案 a c d 考点四质能方程爱因斯坦方程 e mc2 那么物体运动的能量e和静止时能量e0的差就是物体的动能 即ek e e0 代入质量关系 案例4 一观察者测出电子质量为2m0 求电子速度为多少