2014《步步高》物理大一轮复习讲义 第12章 第5课时 电磁波与相

第5课时 电磁波与相对论

考纲解读 1.掌握麦克斯韦电磁场理论，知道电磁波是横波.2.了解电磁波的产生、传播、发射和接收，熟记电磁波谱.3.了解狭义相对论的基本假设和几个重要结论．

1． [麦克斯韦电磁场理论的理解]关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是( )

A．稳定的电场产生稳定的磁场

B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场 C．变化的电场产生的磁场一定是变化的 D．振荡的电场周围空间产生的磁场也是振荡的 答案 D

解析 麦克斯韦的电磁场理论要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若磁场(电场)的变化是均匀的，产生的电场(磁场)是稳定的，若磁场(电场)的变化是振荡的，产生的电场(磁场)也是振荡的，由此可判定正确答案为D项． 2． [电磁振荡问题的分析]如图1所示为LC振荡电路某时刻的情况，

以下说法中正确的是 A．电容器正在充电

B．电感线圈中的磁场能正在增加 C．电感线圈中的电流正在增大

图1

( )

D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大 答案 BCD

解析 由图中的磁感线的方向，运用右手螺旋定则可以判断出电路中的电流从上向下看为逆时针方向．再结合电容器极板的电性，可以得到电容器正在放电，故A错；放电过程中，电容器极板上的电荷减少，电场能减小，线圈中的电流增大，磁场能变大，故B、C对；由于线圈中的电流增大，产生的自感电动势阻碍电流的增大，D对． 3． [关于电磁波谱问题]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 答案 A

解析 电磁波的波长范围很广，按波长由长到短的顺序排列，其顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线．所以，A的排列顺序是正确的． 4． [相对论的理解]关于狭义相对论的说法，不正确的是

( )

A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的

B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关

C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系 D．狭义相对论任何情况下都适用 答案 D

解析 狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，选项A正确；狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不变原理)，与光源的运动无关，选项B正确；狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，故选项C正确，D错误． 考点梳理

1． 麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场． 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． 3． 电磁波的特性

(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． (3)电磁波的频率f、波长λ和波速v的关系：v＝λf.

(4)电磁波是横波，具有波的特性，能产生干涉、衍射等现象． 4． 电磁波的发射与接收

1(1)电磁振荡(LC电路)的周期T＝2πLC，频率f＝.

2π(2)发射电磁波的条件：①振荡电路要有足够高的频率．②振荡电路应采用开放电路． 发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅．接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程．

5．狭义相对论

(1)狭义相对论的基本假设

①在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． ②真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的． (2)时间间隔的相对性ΔtΔτ1－ c 2

.

(3)长度的相对性l＝l0

1－c2.

u′＋v

(4)相对论的速度变换公式u.

u′v1＋c(5)相对论质量m＝

1－

c2

m(6)质能方程

E＝mc2.

考点一 对麦克斯韦电磁场理论和电磁波的理解 1

．对麦克斯韦电磁场理论的理解

2． 对电磁波的理解

(1)电磁波是横波．电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图2所示．

图2

(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关． 例1 (1)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

(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．请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题．

①雷达发射电磁波的波长范围是多少？

②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 (1)如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，不能产生新的电场(磁场)，因而不能产生电磁波，A正确，C错误；电磁波的传播速度跟介质有关，频率由波源决定，同一频率的电磁波在不同介质中波长不等，由v＝λf知不同介质中波的传播速度不同，B错误；电磁波在同种均匀介质中才能沿直线传播，D错误．

8

c3.0×10

(2)①由c＝λf可得：λ1＝m＝1.5 m，

f1200×10 ( )

3.0×108c

λ2＝m＝0.3 m.

f21 000×10故雷达发射电磁波的波长范围是0.3 m～1.5 m.

②电磁波测距的原理就是通过发射和接收电磁波的时间间隔来确定距离，所以可根据xvt

＝ 2答案 (1)A (2)①0.3 m～1.5 m ②能 突破训练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 答案 BCD

解析 根据麦克斯韦的电磁场理论可知选项B正确．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，选项A错误．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选项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．后

来德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在．所以选项D正确． 考点二 电磁波谱分析及电磁波的应用

线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、γ射线等，穿透能力较强． 2．电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠，但它们产生的机理不同． 例2 下列说法中正确的是

( )

A．红外线、紫外线、伦琴射线和γ射线在真空中传播的速度均一样，均为3×108 m/s B．红外线应用在遥感技术中，是利用它穿透本领强的特性 C．紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度 D．日光灯是紫外线的荧光效应的应用

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