1、第4讲 电磁场与电磁波 相对论简介,知识点 1 电磁场与电磁波1.麦克斯韦理论(1)变化的磁场产生_。(2)变化的电场产生_。(3)变化的电场和磁场总是相互联系的，形成_。,电场,磁场,电磁场,2.电磁波的形成和传播特点(1)电磁场由近及远的传播而形成_。(2)_从理论上预言了电磁波的存在，_用实验成功地证实了电磁波的存在。(3)电磁波的特点电磁波在空间传播_介质。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_，电磁波是_。,电磁波,麦克斯韦,赫兹,不需要,垂直,横波,电磁波传播电磁场的_。电磁波能发生反射、折射、_、_、多普勒效应等现象。(4)电磁波在真空中的传播速度为_。,能量,干涉
2、,衍射,3.0108 m/s,知识点 2 电磁波的产生、发射和接收 1.振荡电路（1）作用：产生大小和方向都做_变化的电流，从而产生_变化的电场和磁场。（2）特点振荡频率_；采用_。2.无线电波的调制使电磁波随各种信号而改变，有_和_两种方式。,周期性,周期性,足够高,开放电路,调幅,调频,3.无线电波的接收(1)电谐振：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_最强。(2)调谐：使接收电路产生_的过程。(3)检波：从高频振荡中“检”出所携带的信号，是_的逆过程。(4)无线电波的应用：如电视和雷达等。,振荡电流,电谐振,调制,知识点 3 电磁波谱 电磁波谱（1）定义：按
3、电磁波的波长从长到短分布是_、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线，形成电磁波谱。（2）电磁波谱的特性、应用,无线电波,直线传播能力增强衍射能力减弱,热效应,荧光效应,知识点 4 相对论简介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_（选填“相同”或“不同”）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_（选填“相同”或“不同”）的。,相同,相同,2.时间和空间的相对性（1）“同时”的相对性：同时是_的，与参考系的运动有关。（2）时间间隔的相对性：t= 。 _（3）长度的相对性：l=_。,相对,3.相对论的三个结论（1）相对论速度变换公
4、式：u= 。 _（2）相对论质量：m= _。（3）质能方程：E=_。,mc2,【思考辨析】（1）任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场。( )（2）在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，在其他一切惯性系中也是同时发生的。( )（3）电磁波和机械波都只能在介质中传播。( )（4）只要发射电路的电磁振荡一停止，产生的电磁波立即消失。( )（5）只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波。( )（6）使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调。( ),（7）用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光。( )分析：如果电场是均匀变化的，产生的磁场是恒定的，（1）
5、错；根据狭义相对论，同时是相对的，（2）错；电磁波可以在真空中传播，（3）错；变化的电场、磁场由变化区域向外传播电磁波，发射电路的电磁振荡停止时，虽已不再发射电磁波，但已发射出去的电磁波还要继续传播，（4）错；产生电磁波必须是周期性变化的电场或磁场，（5）错；解调是从电磁波中取出各种信号的过程，（6）错；用紫外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，（7）错。,考点 1 电磁场理论的理解【考点解读】1.对麦克斯韦理论的理解（1）恒定的磁(电)场不能产生电(磁)场；变化的磁(电)场产生电(磁)场；均匀变化的磁(电)场产生恒定的电(磁)场。,深化理解,（2）由变化的磁场感应出的电场与
6、静电场不同，静电场的电场线不闭合，带电粒子运动一周，电场力做功为零；而感应出的电场的电场线是闭合的，带电粒子运动一周时，电场力要做功。,2.电磁场周期性变化即振荡的磁(电)场产生同频率的周期性变化的电(磁)场；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，由静电场和静磁场混合的空间是复合场，但不是电磁场。,【典例透析1】如图所示是一个水平放置的玻璃环形小槽，槽内光滑，槽的宽度和深度处处相同，现将一直径略小于槽的宽度的带正电的小球放入槽内，小球以初速度v0开始逆时针运动，与此同时有一个变化的磁场竖直向下穿过小槽包围的空间，已知磁场均匀增大，小球在运动过程中带
7、电量不变，则( )A小球动能不变 B小球动能增加C磁场力对小球做功 D小球受到的磁场力不变,【解题探究】（1）将玻璃环等效为_。（2）据电磁场理论判断_，进而明确做功情况。【解析】选B。由麦克斯韦电磁场理论知均匀变化的磁场产生恒定的电场，据楞次定律可知产生的电场为逆时针方向，电场力与初速度方向一致，电场力对小球做正功，动能增加，A错B对；洛伦兹力始终不做功，C错；又据F洛qvB知小球受到的磁场力不断增大，D错。,一个闭合回路,感应电场的方向,【互动探究】若小球的带电量为q，玻璃环形小槽的半径为R，磁场随时间的变化规律是B=kt，则小球沿玻璃环形小槽运动一周，动能增加多少？【解析】由麦克斯韦电磁
8、场理论可知，当磁场的磁感应强度线性增强时，小球所处的环形小槽内感应电场产生感应电动势，设该电动势为E，由法拉第电磁感应定律得则小球在环形小槽中运动一周的过程中被电场加速做功为W=qE=qkR2，因此小球动能增加量为qkR2。答案:qkR2,【总结提升】变化的磁场感应出电场的分析思路(1)由麦克斯韦的电磁场理论可知变化的磁场会产生电场，且感应出的电场的电场线是闭合的，能够对处在此电场中的带电粒子做功，因此可假设一个闭合回路。(2)利用楞次定律判定感应电流的方向，从而确定该处的电场方向，进一步判断感应电场对带电粒子的做功问题。,【变式备选】关于电磁场和电磁波，下列叙述中不正确的是( )A变化的电场
9、能够产生磁场，变化的磁场也能够产生电场B电磁波和机械波都不能在真空中传播C电磁波在空间传播时，电磁能也随着一起传播D电磁波穿过两种介质的分界面时频率不会发生改变,【解析】选B。据麦克斯韦电磁场理论，只要是变化的电场(或磁场)周围一定能产生磁场(或电场)，A对；机械波只能在介质中传播，不能在真空中传播，但电磁波可以在真空中传播，B错；波传播的是振动形式和能量，C对；波的频率由振源决定，与介质无关，D对，故选B。,考点 2 电磁波的特点【考点解读】电磁波与机械波的比较,对比分析,【典例透析2】(2013浙江高考)关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是()A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息B
10、.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同,【解题探究】(1)声波是_波,与电磁波一样都能传递振动的信息和能量。(2)声波与电磁波传播速度_同。【解析】选B。A项中电磁波可以传递信息,声波也能传递信息,由此判断A错误;B项中手机在通话时,涉及的波既有电磁波又有声波,B项正确;C项中,太阳光中的可见光的传播速度远大于医院“B超”中的超声波的传播速度,C项错误;D项中,遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长,故D项错误。,机械,不,【总结提升】电磁波与机械波不同的原因电磁波
11、与机械波不同的原因是产生机理不同，电磁波通过周期性变化的电场和磁场进行传播，因此传播过程不需要介质，且在真空中传播速度最大，在不同的介质中传播速度不同；机械波依靠介质将波源的振动向外进行传播，因此传播过程需要介质，且介质越密传播速度越大以及由此产生其他的不同作用特点。,【变式训练】关于以下几种电磁波的作用，说法错误的是( )A.传染病高发时期在机场、码头、车站等交通出口处，使用红外线热像仪检测通过它的发热病人，是利用了物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同B刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高C红外线遥感技术是利用了红外线的显著热效应D验钞机之所以利用紫外线验钞是因为紫
12、外线具有荧光效应,【解析】选C。 物体的温度越高，它辐射的红外线越强，波长越短，红外线热像仪利用物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同检测通过它的发热病人，选项A正确；因为紫外线波长短，用紫外线拍摄指纹照片，分辨率高，选项B正确；红外线遥感技术是利用灵敏的红外线探测仪接收物体发射的红外线探知物体的特征，选项C错误；紫外线具有荧光效应，紫外线照射钞票上荧光物质印刷的文字可发出可见光，选项D正确。,考点 3 狭义相对论的理解【考点解读】1.“同时”的相对性由光速不变原理得到不同的时间间隔即对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的；地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也是不
13、同时的。,深化理解,2.“钟慢尺缩”效应(1)运动时钟变慢是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要误认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化，在它们上面的观测者都将发现对方的钟变慢了, 运动时钟变慢完全是相对的， 1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中做环球飞行，然后与地面的基准钟对照。实验结果与理论预言符合得很好。这是相对论的第一次宏观验证。,(2)长度的相对性(动尺缩短)，是“同时”的相对性带来的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著,长度缩短效应只发生在相对运动的方向上，在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化，这种长度
14、的变化是相对的，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了。,【典例透析3】(2013江苏高考改编)如图所示,两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行,相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L,则A测得两飞船间的距离()A.大于L B.等于LC.小于L D.无法判断,【解题探究】(1)观察者与研究对象相对静止时观测到的长度为_长度L0。(2)观察者沿_方向观测到物体的长度为L。【解析】选A。两艘飞船A、B 沿同一直线同向飞行，相对静止，两飞船间的距离等效为“动尺”的固有长度L0，地面与两艘飞船有相对运动，测得它们的距离为L，据狭
15、义相对论长度相对性 可知L0L，选项A正确。,固有,相对运动,【总结提升】相对论问题的分析思路分析相对论问题的基本方法是狭义相对论的两个基本原理及基本关系，因此复习过程中要熟记两个基本原理、理解时间和空间的相对性，知道质速关系、质能关系、相对论质能关系式，应该认识到经典物理的绝对时空观是相对论时空观在速度远小于光速条件下的一种情形。,【变式训练】某宇航员要到离地球10光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为8光年，则他所乘坐的飞船相对地球的速度为( )A.0.5c B.0.6c C.0.8c D.0.9c【解析】选B。据长度的相对性 将l=8光年，l0=10光年代入式中可得v=0.6c，故选
16、B。,【资源平台】涡旋电场的应用(2012福建高考）如图甲,在圆柱形区域内存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在此区域内,沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管,环心O在区域中心。一质量为m、带电量为q(q0)的小球,在管内沿逆时针方向(从上向下看)做圆周运动。已知磁感应强度大小B随时间t的变化关系如图乙所示,其中 设小球在运动过程中电量保持不变,对原磁场的影响可忽略。,(1)在t=0到t=T0这段时间内,小球不受细管侧壁的作用力,求小球的速度大小v0;,(2)在竖直向下的磁感应强度增大过程中,将产生涡旋电场,其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆,同一条电场线上各点
17、的场强大小相等。试求t=T0到t=1.5T0这段时间内:细管内涡旋电场的场强大小E;电场力对小球做的功W。,【规范解答】（1）小球圆周运动不受侧壁的作用力，因而有 由式得 （2）在T01.5 T0这段时间内，细管一周的感应电动势 ,由图乙可知 由于同一条电场线各处场强大小相等，所以有 由式及 在T01.5 T0这段时间内，小球沿切线方向加速度大小恒为 ,小球运动的末速度大小v=v0+at 由图乙可知t=0.5T0并由式得 由动能定理，电场力做功为 由式解得答案：,1.(2014泉州模拟)下列关于紫外线的几种说法中,正确的是 ()A.紫外线是一种紫色的可见光B.紫外线的频率比红外线的频率低C.紫
18、外线可使钞票上的荧光物质发光D.利用紫外线可以进行电视机等电器的遥控,【解析】选C。紫外线波长比可见光中紫光的波长还短,不能引起视觉,是不可见光,其频率比可见光及红外线都要高;紫外线有荧光作用,钞票上的荧光物质受到紫外线照射时,能发出荧光。选项A、B错误,选项C正确。电视机等电器都是利用红外线遥控的,选项D错误。,2.目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。下列关于雷达和电磁波说法不正确的是( )A真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m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
19、D波长越短的电磁波，反射性能越强,【解析】选B。据cf可知电磁波频率在200 MHz至1 000 MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间，A对；电磁波是由变化的电场或磁场产生的，B错；雷达是利用电磁波反射原理，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之间的距离，C对；波长越短的电磁波，遇到障碍物衍射越不明显，反射性能越强，D对。,3.电磁波包含了射线、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、射线B.红外线、无线电波、射线、紫外线C.射线、红外线、紫外线、无线电波D.紫外线、无线电波、射线、红外线【解析】选A。在电磁波谱中,无线电波波长最长,其次是红外线、紫外线,射线波长最短。,4.(2013四川高考)下列关于电磁波的说法,正确的是()A.电磁波只能在真空中传播B.电场随时间变化时一定产生电磁波C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在【解析】选C。电磁波可以在真空中传播,也可以在介质中传播,故选项A错误;若电场随时间均匀变化,则不能产生电磁波,故选项B错误;做变速运动的电荷会在空间激发磁场,从而会在空间产生电磁波,故选项C正确;赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故选项D错误。,
