高三物理第一轮复习 电磁波　相对论简介 新人教版

1、第 5 课时电磁波相对论简介基础知识归纳1.电磁波(1)电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线射线产生机理自由电子做周期性运动原子的外层电子受到激发产生的内层电子受到激发原子核受到激发特性波动性强热效应引起视觉化学效应穿透力强穿透力最强应用无线电技术遥感加热摄影照明荧光杀菌医用透视工业探伤变化波长：大小波动性：明显不明显频率：小大粒子性：不明显明显(2)麦克斯韦电磁场理论包含两个要点：变化的磁场在周围空间产生电场；变化的电场在周围空间产生磁场.电磁场与电磁波理论被赫兹用实验证实.麦克斯韦指出光也是电磁波，开创了人类对光的认识的新纪元.(3)电磁振荡由振荡电路产生，电磁振荡的周期，完全由自身参

2、数决定，叫做回路的固有周期.电磁振荡的过程是电容器上的电荷量、电路中的电流、电容器中电场强度与线圈中的磁感应强度、电场能量与磁场能量等做周期性变化的过程.(4)电磁波的发射与接收有效地辐射电磁波，必须具备两个条件：一是开放电路，二是发射频率要高.把声音信号、图像信号转化为电信号，再把电信号加在回路产生的高频振荡电流上，这一过程叫做对电磁波进行调制，从方式上分为两种：调幅和调频.有选择性地取出我们想要的电波，需要一个调谐电路，使该电路的固有频率和人们想要接收的电磁波频率相同，达到电谐振，这一过程就是调谐；从高频振荡电流中把信息取出来的过程叫做检波，这属于调制的逆过程，也叫解调.电视、雷达大多利用

3、微波段的电磁波.2.相对论简介(1)狭义相对论两个基本原理狭义相对性原理：所有惯性系中，物理规律都是相同的，或者说对于物理规律而言，惯性系是平等的.光速不变原理：相对于所有的惯性参考系，真空中的光速是相等的.(2)同时性的相对性 在某一惯性系中同时发生的事件，在另一惯性系中不是同时发生的.这与我们的日常经验不符的原因是我们日常能够观测到的速度都远远小于光速.同时性的相对性直接导致了时间的相对性.(3)长度的相对性 同样的杆，在与杆相对静止的惯性系中测量出一个长度值，在与沿杆方向运动的惯性系中测量出的长度值不同，这直接导致了空间的相对性.(4)“钟慢尺缩”效应t/，l= l0要注意的是公式中各物

4、理量的意义：是在相对静止的惯性系中的时间流逝，叫做固有时间，l0是在与杆相对静止的惯性系中测量出的杆的长度，叫固有长度，v是沿杆方向运动的惯性系相对于杆的速度.(5)狭义相对论的其他结论质量与速度的关系：mm0/能量与速度的关系：EE0/式中E0m0c2，m0是静止质量.(6)广义相对论简介基本原理：对于物理规律，所有参考系都是平等的，这叫广义相对性原理，它打破了惯性系的特权，赋予所有参考系同等权利；引力场与做匀加速运动的非惯性系等效，这叫等效原理.广义相对论的验证：基本原理其实是来自于思想与逻辑推理，其验证必须通过由理论推导出来的推论来检验.广义相对论的一些推论已经获得实验检验，包括光线在引

5、力场中的弯曲与雷达回波延迟、水星近日点的进动与引力红移等.重点难点突破一、对麦克斯韦电磁场理论的理解变化的磁场产生电场，这个电场是旋涡电场，将自由电荷沿电场线移动一周，电场力做功，这一点不同于静电场；均匀变化的磁场产生电场(稳定的电场不再产生磁场)，均匀变化的电场产生稳定的磁场(稳定的磁场不再产生电场)，周期性非均匀变化的磁场产生同频率周期性非均匀变化的电场，周期性均匀变化的电场产生周期性非均匀变化的磁场.交变的电场与磁场相互联系，形成不可分割的统一体，这就是电磁场.二、电磁波与机械波的区别与共性1.电磁波与机械波的区别机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周

6、期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播特点需要介质；波速由介质决定，与频率无关；有横波、纵波传播无需介质；在真空中波速为c；在介质中传播时，波速与介质和频率都有关；只有横波产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发2.机械波与电磁波的共性机械波与电磁波是本质上不同的两种波，但它们有共同的性质：(1)都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象；(2)都满足vf；(3)从一种介质传播到另一种介质时频率都不变.三、LC回路中产生振荡电流的分析1.电容器在放电过程中，电路中电流增大，由于线圈自感作用阻碍电流的增大，电流不能立刻达到最大值.2.电容器

7、开始放电时，电流的变化率最大，电感线圈的自感作用对电流的阻碍作用最大，但阻碍却无法阻止，因此，随自感电动势的减小，放电电流逐渐增大，电容器放电完毕，电流达到最大值.3.电容器放电完毕后，电流将保持原来的方向减小，由于线圈的自感作用阻碍电流的减小，因此电流逐渐减小，这个电流使电容器在反方向逐渐充电.4.在振荡电路中，电容器极板上的电荷量与电压相同，都是按正弦(或余弦)规律变化的，它们对时间的变化是不均匀的在最大值处，变化率最小；在零值处，变化率最大.(可依据斜率判断，图线的斜率代表该量的变化率，即变化快慢)振荡电流I，由极板上电荷量的变化率决定，与电荷量的多少无关.两极板间的电压U，由极板上电荷

8、量的多少决定.电容C恒定，与电荷量的变化率无关.线圈中的自感电动势E自L，由电路的电流变化率决定，而与电流的大小无关.四、对相对论宏观的理解1.对时间延缓效应的认识(1)在事件相对静止参照系中观察到的一个事件从发生到结束的时间最短.(2)运动时钟变慢：对本惯性系做相对运动的时钟变慢，或事物经过的过程变慢.(3)时间膨胀效应是相对的.(4)当vc时，时间延缓效应显著；当vc时，时间延缓效应可忽略，此时时间间隔t成为经典力学的绝对量.2.对长度收缩效应的认识(1)相对物体静止的观察者测得的物体长度最长.(2)长度收缩效应只发生在运动方向上.(3)长度收缩效应是相对的.当vc时，长度收缩效应显著；当

9、vc时，长度收缩效应可忽略，此时长度ll0成为经典力学的绝对量.3.测量运动物体的长度总与测量时间相联系，这样，就可以把时间延缓效应公式和长度收缩效应公式联系起来了.典例精析1.LC振荡回路的有关分析【例1】某LC回路中电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图所示，则()A.在t1时刻，电路中的电流最大B.在t2时刻，电路中的磁场能最大C.从t2时刻至t3时刻，电路的电场能不断增大D.从t3时刻至t4时刻，电容器的带电荷量不断增大【解析】本题最易受欧姆定律的影响，认为电压最大时电流最大，而错选A.本题考查对LC振荡电路中各物理量振荡规律的理解.t1时刻电容器两端电压最高，电路中振荡电流为零，t

10、2时刻电压为零，电路中振荡电流最大，t2至t3过程中，电容器两极板间电压增大，电荷量增多，电场能增大，t3至t4的过程中，电荷量不断减小.【答案】BC【思维提升】LC振荡回路中有两类物理量，当一类物理量处于最大值时，另一类为零.本题抓住能的转化与守恒解题，若U减小(放电过程)，则电场能减小，磁场能增加，电流增大；若U增大(充电过程)，则电流减小.【拓展1】一个电容为C的电容器，充电至电压等于U后，与电源断开并通过一个自感系数为L的线圈放电.从开始放电到第一次放电完毕的过程中，下列判断错误的是( B )A.振荡电流一直在增大B.振荡电流先增大后减小C.通过电路的平均电流等于D.磁场能一直在不断增

11、大【解析】放电过程肯定是电流不断增大，所以A、D正确而B错误；注意到总电量为Q CU，并且在时间t T/4内放电完毕，所以，平均电流为，C正确.2.电磁波的发射和接收【例2】图(1)为一个调谐接收电路，(a)、(b)、(c)为电路中的电流随时间变化的图像，则()A.i1是L1中的电流图像 B.i1是L2中的电流图像C.i2是L2中的电流图像 D.i3是流过耳机的电流图像【解析】L2中由于电磁感应，产生的感应电动势的图像是同(a)图相似的，但是由于L2和D串联，所以当L2的电压与D反向时，电路不通，因此这时L2没有电流，所以L2中的电流应选(b)图.【答案】ACD【思维提升】理解调谐接收电路各个

12、元件的作用.注意理论联系实际.【拓展2】各地接收卫星电视信号的抛物面天线如图所示，天线顶点和焦点的连线(OO)与水平面间的夹角为仰角，OO在水平面上的投影与当地正南方的夹角为偏角，接收定位于东经105.5的卫星电视信号(如CCTV5)时，OO连线应指向卫星，我国各地接收天线的取向情况是(我国自西向东的经度约为73135)( BD )A.有0，90B.与卫星经度相同的各地，随纬度增加而减小C.经度大于105的各地，天线是朝南偏东的D.在几十甚至几百平方千米的范围内，天线取向几乎是相同的【解析】如图所示，随纬度的增大而减小，我国不在赤道上，不可能为零，经度大于105的各地，天线应该朝南偏西，由于地

13、球很大，卫星很高，几十甚至几百平方千米的范围内天线取向几乎是相同的.3.狭义相对论的有关分析和计算【例3】如图，设惯性系K相对于惯性系K以速度uc/3沿x轴方向运动，在K系的xy平面内静置一长为5 m、与x轴成30角的杆.试问：在K系中观察到此杆的长度和杆与x轴的夹角分别为多大？【解析】设杆固有长度为l0，在K系中x方向上：l0xl0cos ，y方向上：l0yl0sin ，由长度的相对性得K系中x方向上：Lxl0x= y方向上：lyl0yl0sin 因此在K系中观测时：larctan= arctan代入数据解得l4.79 m，31.48可见，杆的长度不但要缩短，空间方位也要发生变化.【思维提升

14、】长度缩短效应只发生在运动方向上.【拓展3】若一宇宙飞船相对地面以速度v运动，航天员在飞船内沿同方向测得光速为c，问在地上的观察者看来，光速应为vc吗？【解析】由相对论速度变换公式u得：ucc可见在地上的观察者看来，光速应为c，而不是vc. 易错门诊4.对时间延缓效应的认识【例4】飞船A以0.8c的速度相对地球向正东方飞行，飞船B以0.6c的速度相对地球向正西方飞行，当两飞船即将相遇时A飞船在自己的天空处相隔2 s发射两颗信号弹，在B飞船的观测者测得两颗信号弹相隔的时间间隔为多少？(c为真空中的光速，结果取两位有效数字)【错解】首先确定两飞船的相对速度，按照相对论速度合成公式可得 c1.4c/1.48于是，在B飞船中的观察者看来，A是运动的，运动的时间变慢，所以求得的时间应该比2 s小，于是理所当然得到发射两颗信号弹的时间间隔为tt02s0.65 s【错因】解答的错误在于没有认清究竟2 s所在的参考系相对于信号发射是否是静止的.信号弹是在A中发射的，A中发