第55讲电磁波相对论简介
考情剖析
(注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A代表容易，B代表中等，C代表难)
知识 整合
知识网络
基础自测
一、麦克斯韦电磁场理论 1．麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场(电场)能够在周围空间产生________________________________________________________________________
________________；
(2)均匀变化的磁场(电场)能够在周围空间产生稳定的__________；
(3)振荡的磁场(电场)能够在周围空间产生同________的振荡电场(磁场)．
2．电磁场和电磁波：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场．__________由近及远的传播就形成了电磁波．
电磁波的特点：
(1)电磁波是________________波．在传播方向的任一点E 和B 随时间作正弦规律变化，E 与B 彼此垂直且与传播方向垂直．
(2)电磁波的传播速度v ＝λf ＝λ
T
，在真空中的传播速度等于__________速．
(3)__________预言了电磁波的存在．__________证实了电磁波，测出了波长和频率，证实传播速度等于光速；验证电磁波能产生反射、折射、衍射和干涉．
3．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解
二、电磁波的发射
1．有效地向外发射电磁波的振荡电路应具备的特点：
(1)要有足够高的振荡__________．理论的研究证明，振荡电路向外界辐射能量的本领与频率的四次方成正比；
(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的__________，才能有效地把电磁场的能量传播出来．
2．发射电磁波的目的：传递信息(信号)
把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫做调制．其中，使高频振荡的电磁波振幅随信号而改变叫做__________；使高频振荡的电磁波频率随信号而改变叫做__________．
三、电磁波的传播
电磁波以横波形式传播，其传播不需要__________，传播方式有天波、地波和空间波(又称直线波)．传播速度和频率、波长的关系为__________．
四、电磁波的接收
使接收电路产生电谐振的过程叫做________________________________________________________________________．使声音或图像信号从高频电流中还原的过程，即调制的逆过程，叫做________________________．
五、电磁波的传播及波长、频率、波速
(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)v＝λf，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f＝1
2πLC
，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ.
六、电磁波与机械波的比较
1．无线电波、__________、可见光、__________、伦琴射线、γ射线合起来构成了范围广阔的电磁波谱，如图所示．
说明：波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线．各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有__________．
2．电磁波谱的特性、应用
3．对电磁波谱的四点说明
(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性．其中波长较长的无线电波和红外线等，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．
(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X 射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的．
(4)电磁波的能量随频率的增大而增大． 八、经典时空观 1．惯性参考系
凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系． 2．伽利略相对性原理
对于所有的惯性系，力学规律都是相同的． 3．经典时空观(绝对时空观)
时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响． 4．经典力学的几个基本结论 ①同时的绝对性 ②时间间隔的绝对性 ③空间距离的绝对性
九、狭义相对论的两个基本假设
1．狭义相对论原理：在不同的惯性参考系中，一切物理定律都是________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________的．
十、狭义相对论的时空观 1．__________的相对性 2．__________的相对性
(1)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小． (2)在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．
(3)长度的变短是相对的．如果两条平行的杆在沿自己的长度方向做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了．
3．时间间隔的相对性 十一、质能方程
物体是具有能量的，并且物体的能量与其本身的质量有关，且关系为__________，其中m 是物体的质量，E 是物体具有的能量．
重点阐述
难点释疑
狭义相对论：
1．对“长度的相对性”的理解 狭义相对论中的长度公式：l ＝l 0
1－???
?v
c 2中，l 0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而
l 可认为杆沿杆的长度方向以速度v 运动时，静止的观察者测量的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v 运动时测出的杆的长度．
2．对“时间间隔的相对性”的理解
时间间隔的相对性公式：Δt ＝Δτ
1－???
?v c 2
中Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的
两个事件发生的时间间隔，而Δt 则是相对于事件发生地以速度v 运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀(动钟变慢)．
3．狭义相对论问题的求解技巧
(1)解决“同时”的相对性问题，可从三个方面入手：
①令观察者静止，判断被观察者因相对运动而引起的位置变化． ②结合光速不变原理，分析光传播到两个事件所用的时间． ③光先传播到的事件先发生，光后传播到的事件后发生． (2)解决长度的相对性问题，应当注意．
①“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，这种长度收缩并非幻觉，并非看上去短了，它的确变短了，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动的速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著．
②在具体计算中要明确，长度收缩指的是只在物体运动方向上的长度收缩，在垂直于运动方向上的长度没有变化．
(3)解决时间间隔的相对性应注意．
①“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化．
②运动时钟变慢完全是相对的，在它们上面的观察者都将发现对方的钟变慢了．
【典型例题1】 A 、 B 、 C 是三个完全相同的时钟，A 放在地面上，B 、 C 分别放在两个火箭上，以速度v b 和v c 朝同一方向飞行，v b ＞v c .在地面上的人看来，关于时钟快慢的说法正确的是( )
A ．
B 钟最快，
C 钟最慢 B ．A 钟最快，C 钟最慢 C ．C 钟最快，B 钟最慢
D ．A 钟最快，B 钟最慢 温馨提示
由时间间隔的相对论公式Δt ＝Δτ
1－???
?v c 2
易解本题．.
记录空间
【变式训练1】(1)(多选)你站在一条长木杆的中央附近，并且看到木杆落在地上时是两头同时落地．所以，你认为这木杆是平着落到了地上．而此时飞飞同学正以接近光速的速度从木杆前面掠过，如图所示．她看到()
A．两端同时落地
B．A端比B端先落地
C．B端比A端先落地
D．木杆是向右倾斜着落地的
(2)一张宣传画是边长为5 m的正方形，一高速列车以2×108 m/s速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？
(3)远方的一颗星以0.8c速度离开地球，在地球上测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大．
易错诊所
经典时空观狭义相对论时空观
光速相对的绝对的(不变)
同时绝对的相对的
时间与空间与运动无关，绝对的与运动有关，相对的
质量与运动无关，不变的随速度增加而增大
【典型例题2】下列说法正确的是()
A．在地面上的人和在接近c的飞船上的人测量光速是不一样的
B．质量为m的物体，它的质量不管在何处都是不变的
C．一个人在地面上生活10年和在接近c的飞船上生活10年，在飞船上明显感觉比地面上人年轻
D．已知地球到一个星系距离l，一飞船速度v，从地球到达这个星系时间l
v. 温馨提示
记录空间
高中物理选修3-4——相对论简 介知识点总结 1、惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。相对于一个惯性系做变速运动的另一个参考系是非惯性系，在非惯性系中牛顿运动定律不成立。 2、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。 3、狭义相对性原理：一切物理定律在任何惯性系中都是相同的。 4、广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都是相同的。 5、经典速度变换公式：。(是矢量式) 6、狭义相对论的两个基本假设： （1）狭义相对性原理，如3所述； （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相同的。 7、广义相对论的两条基本原理： （1）广义相对性原理，如4所述； （2）等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
8、由狭义相对论推出的六个重要结论（所有结论都已经完全得到证实）： （1）“同时”是相对的。 （2）长度是相对的。。是相对被测物静止的参考系中测得的长度，是相对被测物以速度运动的参考系中测得的长度，且的方向与速度的方向平行。 （3）时间是相对的。。是相对某参考系（如地面）运动的参考系中（如飞船内）的钟所测得的时间，是静止的参考系中（地面上）的钟所测得的时间。 （4）质量是相对的。。（静质量）是在相对被测物静止的参考系中所测得的质量，（动质量）是在相对被测物以速度运动的参考系中所测得的质量。 （5）相对论速度变换公式：。（是矢量式）（6）相对论质能关系公式：。其中是物体的动质量。 9、由广义相对论得出的几个结论： （1）物质的引力场使光线弯曲。如远处的星光经过太阳附近时发生偏折。
电磁波和相对论 1．一艘太空飞船静止时的长度为30 m ，他以0.6c (c 为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是( ) A ．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m B ．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C ．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D ．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 答案 B 解析 飞船上的观测者测得飞船的长度不变，仍为30 m ，由l ＝l 01－(v c )2 光学 电磁波 相对论 练习题 1．两束单色光A 、B 的波长分别为A λ、B λ，且A λ>B λ，则______（选填“A”或“B”）在水中发生全反射时的临界角较大．用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到______（选填“A”或“B”）产生的条纹间距较大． 【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷） 【答案】 A A 2．如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O 点)，然后用横截面为等边三角形 ABC 的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC 边上。D 位于AB 边上，过D 点做AC 边的垂线交AC 于F 。该 同学在D 点正上方向下顺着直线DF 的方向观察。恰好可以看到小标记的像；过O 点做AB 边的垂线交直线 DF 于E ；DE =2 cm ，EF =1 cm 。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射) 【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国III 卷） 【答案】 【解析】试题分析 本题考查折射定律、光在三棱镜中传播及其相关的知识点。 解析过D 点作AB 边的发现 ，连接OD ，则 为O 点发出的光纤在D 点的入射角；设该光线在D 点的折射角为β，如图所示。根据折射定律有 考点定位】光的折射，全反射，几何光学 【名师点睛】本题考查的知识点较多，涉及光的折射、全反射、光电效应方程、折射率与波长的关系、横波和纵波的概念等，解决本题的关键是能通过光路图判断出两种光的折射率的关系，并能熟练利用几何关系。 4．【2017·新课标Ⅱ卷】（10分）一直桶状容器的高为2l ，底面是边长为l 的正方形；容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD ′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D 点射出的两束光线相互垂直， 第3讲电磁波 板块一主干梳理·夯实基础 【知识点1】变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场电磁波的产生、发射、接收及其传播Ⅰ 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：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。 3．电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。 (1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。 (2)v＝λf对电磁波同样适用。 (3)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 4．发射电磁波的条件 (1)要有足够高的振荡频率； (2)必须是开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。 5．调制：有调幅和调频两种方法。 6．电磁波的传播 (1)三种传播方式：天波、地波、空间波。 (2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3.0×108 m/s。 7．电磁波的接收 (1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相等时，接收电路中产生的振荡电流最强，这就是电谐振现象。 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。 (3)从经过调制的高频振荡电流中还原出调制信号的过程叫作解调，解调是调制的逆过程，调幅波的解调也叫作检波。 8．电磁波的应用 电视、雷达和移动电话。 【知识点2】电磁波谱Ⅰ 1．定义 按电磁波的波长从长到短排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱。2．电磁波谱的特性、应用 【知识点3】 狭义相对论的基本假设'质速关系 爱因斯坦质能方程 Ⅰ 1.狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 (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相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。 2．相对论的质速关系 (1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间有如下关系： m ＝ m 0 1－? ?? ??v c 2。 (2)物体运动时的质量m 总要大于静止时的质量m 0。 专题十六 电磁波 相对论 12．(2013·高考江苏卷)(2)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________(选填“大于”“等于”或“小于”)L .当B 向A 发出一光信号，A 测得该信号的速度为________． 解析：(2)根据长度的相对性得L ＝L 0 1－????v c 2 所以A 测得两飞船间的距离L 0＝L 1－??? ?v c 2 >L . 根据狭义相对论的基本假设，光信号的速度为光速c . 答案：(2)大于 c (或光速) 14．(2013·高考浙江卷)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 ．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 解析：选B.声波、电磁波都能传递能量和信息，A 项错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B 项正确；可见光属于电磁波，B 超中的超声波是声波，波速不同，C 项错误；红外线波长较X 射线波长长，故D 项错误． 1．(2013·高考四川卷) 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.电磁波的传播不需要介质，真空、空气以及其他介质都能传播电磁波，选项A 错误；根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，只有不均匀变化的电场或不均匀变化的磁场才能产生电磁波，选项B 错误；做变速运动的电荷会产生变化的电场，故选项C 正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，选项D 错误． 第2讲光的波动性电磁波相对论 考纲考情核心素养 ?光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ ?电磁波的产生Ⅰ ?电磁波的发射、传播和接收Ⅰ ?电磁波谱Ⅰ ?狭义相对论的基本假设Ⅰ ?质能关系Ⅰ 实验:用双缝干涉测光的波长 ?光的衍射、光的干涉、光的偏振、电 磁波． ?麦克斯韦电磁理论、狭义相对论. 物理观念 全国卷5年3考 高考指数★★★★☆ ?用双缝干涉测光的波长.科学思维 知识点一光的干涉、衍射和偏振 1．光的干涉 (1)定义:在两列光波叠加的区域,某些区域相互加强,出现明条纹,某些区域相互减弱,出现暗条纹,且加强区域和减弱区域相互间隔的现象． (2)条件:两束光的频率相同、相位差恒定． (3)双缝干涉图样特点:单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时,中央为白色亮条纹,其余为彩色条纹． 2．光的衍射 (1)发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显． (2)衍射条纹的特点(如图所示) 直观情景 3.光的偏振 (1)偏振现象:横波只沿某一特定方向振动,称为波的偏振现象． (2)自然光通过偏振片后,就得到了偏振光. 直观情景 知识点二 电磁场和电磁波 1．麦克斯韦电磁场理论与电磁场 如图所示:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场；变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场． 2．电磁波 (1)产生:电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波． (2)电磁波的性质 ①电磁波是横波(选填“纵波”或“横波”),在空间传播不需要介质． ②真空中电磁波的速度为光速． ③公式v ＝λf 对电磁波同样适用． ④电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象． 知识点三 相对论 1．狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对论原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的． (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相同的,光速和光源、观测者间的相对运动没有关系． 2．质速关系 (1)物体的质量随物体速度的增加而增大,物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间有如下关系:m ＝m 0 1－? ????v c 2. (2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m 0. 第55讲电磁波相对论简介 考情剖析 (注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A代表容易，B代表中等，C代表难) 知识 整合 知识网络 基础自测 一、麦克斯韦电磁场理论 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场(电场)能够在周围空间产生________________________________________________________________________ ________________； (2)均匀变化的磁场(电场)能够在周围空间产生稳定的__________； (3)振荡的磁场(电场)能够在周围空间产生同________的振荡电场(磁场)． 2．电磁场和电磁波：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场．__________由近及远的传播就形成了电磁波． 电磁波的特点： (1)电磁波是________________波．在传播方向的任一点E 和B 随时间作正弦规律变化，E 与B 彼此垂直且与传播方向垂直． (2)电磁波的传播速度v ＝λf ＝λ T ，在真空中的传播速度等于__________速． (3)__________预言了电磁波的存在．__________证实了电磁波，测出了波长和频率，证实传播速度等于光速；验证电磁波能产生反射、折射、衍射和干涉． 3．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解 二、电磁波的发射 1．有效地向外发射电磁波的振荡电路应具备的特点： (1)要有足够高的振荡__________．理论的研究证明，振荡电路向外界辐射能量的本领与频率的四次方成正比； (2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的__________，才能有效地把电磁场的能量传播出来． 2．发射电磁波的目的：传递信息(信号) 把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫做调制．其中，使高频振荡的电磁波振幅随信号而改变叫做__________；使高频振荡的电磁波频率随信号而改变叫做__________． 三、电磁波的传播 电磁波以横波形式传播，其传播不需要__________，传播方式有天波、地波和空间波(又称直线波)．传播速度和频率、波长的关系为__________． 四、电磁波的接收 使接收电路产生电谐振的过程叫做________________________________________________________________________．使声音或图像信号从高频电流中还原的过程，即调制的逆过程，叫做________________________． 五、电磁波的传播及波长、频率、波速 (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)v＝λf，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f＝1 2πLC ，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ. 六、电磁波与机械波的比较 专题14 光电磁波相对论 （2012 浙江）20、为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外面壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图所示。当开关从a拨到b时，由L与C构成的回路中产生周期错误!未找到引用源。的振荡电流。当罐中的液面上升时 A.电容器的电容减小 B. 电容器的电容增大 C. LC回路的振荡频率减小 D. LC回路的振荡频率增大 20【答案】BC 【考点】电容器 【解析】根据平行板电容的电容公式 4S C kd επ= ，知道液面上升，则板间的平均电介质ε 增大，得C 增大，B 项对；LC 振荡电路周期 ，在C 增大时，T 增大，所 以频率减小，C 项对。 （2012新课标）34.（2）（9分） 一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为2，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。 （2）【考点】全反射 解：如图，考虑从玻璃立方体中心O 点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射。根据折射定律有sin sin n θα= ① 式中，n 是玻璃的折射率，入射角等于θ，α是折射角。 现假设A 点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点。由题意，在A 点刚好发生全反射，故2 A π α= ② 设线段OA 在立方体上表面的投影长为R A ，由几何关系有A 22 sin ()2 A A a R θ+③ 式中a 为玻璃立方体的边长，有①②③式得2 21 A R n = - 由题给数据得2 A a R = ⑤ 由题意，上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为R A 的圆。所求的镀膜面积S ′ 相对论简介 ： ： 【学习目标】 1．理解经典的相对性原理． 2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾． 3．理解狭义相对论的两个基本假设． 4．理解同时的相对性． 5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性． 6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的 7．知道相对论的速度叠加公式． 8．知道相对论质量． 9．知道爱因斯坦质能方程． 10．知道广义相对性原理和等效原理． 11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证． 【要点梳理】 【相对论简介】 要点一、相对论的诞生 1．惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立．这里加速的车厢就是非惯性系． 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系． 2．伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的．即任何惯性参考系都是平权的． 这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的． 3．麦克尔逊—莫雷实验 （1）实验装置，如图所示． （2）实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动． （3）实验原理： 如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明 第十七章 相对论简介 这一章介绍高速物体的运动规律和相对论的时空观。这章的教学有两个特点。 第一，我们平时接触的都是低速运动，因此本章很多结论与日常经验不一致，难于接受。第二，相对论的全面阐述要用到较多的高等数学知识，所以这章许多结论都是直接给出的。相对论内容非常抽象，不易理解，但考纲对本章要求不高，只要记住结论就行。 【教学要求】 1．了解相对论的几个基本假设。 2．知道长度、时间的相对性。 3．初步了解相对论速度、质量变换公式。 4．了解爱因斯坦质能关系。 【知识再现】 知识网络 本章概览 考点剖析 选修3-4 相对论简介 相对论的诞生：伽利略相对性原理 狭义相对论的两个基本假设：狭义相对性原理；光速不变原理 时间和空间的相对性：“同时”的相对性 长度的相对性――20)(1c v l l -= 时间间隔的相对性―― 2 )(1c v t -?= ?τ 相对论的时空观 狭义相对论的其他结论：相对论速度变换公式―― 2 1c v u v u u '+'= 相对论质量―― 2 0)(1c v m m -= 质能方程2mc E = 广义相对论简介：广义相对性原理；等效原理 广义相对论的几个结论：物质的引力使光线弯曲 引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别 1．惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就叫做惯性系．相对于一个惯性系做 运动的另一个参考系也是惯性系． 2．狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理： 。 (2)光速不变原理： 。 3．相对论质量 物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间的关系 2 0)(1c v m m -= 4．质能方程：E ＝mc 2 1．伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。 2．狭义相对性原理：在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的 3．光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。 4．对两个基本原理的正确理解 ①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律。 ②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向。 ③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。 【应用1】下列说法正确的是 （ ） A ．力学规律在任何参考系中都是相同的 B ．在所有惯性系中物理规律都是相同的 C ．在高速运动情况下，惯性系中的物理规律也不一定相同 D ．牛顿运动定律在非惯性系中不变 相同的，在非惯性参考系中，牛顿运动定律不再选用。故选B 1．“同时”的相对性： “同时”是相对的。在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参考系中却可能“不同时”。 同时性就是相对的。即在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一个惯性系中就不一定是同时发生的。 2．长度的相对性：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。即 20)(1c v l l -= 式中l ，是与杆相对运动的人观察到的杆长，l 0是与杆相对静止的人观察到的杆长。 ②这种长度的变化是相对的，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与他们一起运动的两位 重点突破 专题十七光学、电磁波与相对论初步 考点一光的折射与全反射 1.[2018河南八市第一次测评,17(2)]如图所示,玻璃三棱镜的横截面是边长为a的等边三角形,BC面沿竖直方向,O点为BC的中点,现用一束宽为a的单色平行光束水平射向AB及AC面,若玻璃三棱镜对此平 行光束的折射率为√3。 ①求射向AB中点P的光线经折射后直接到达BC边的位置; a处放置一平行BC面的光屏,光屏上被照亮的竖直长度为多少? ②若距O点距离为√3 3 答案①BC边的中点②2a 2.(2019山西百日冲刺)同一材料制成的透明体由半径为R的半球体和长度为L、半径为R的圆柱体组成,截面图如图所示,O为半球体的球心。某细束单色光沿PO方向射向半球面,在BC边恰好发生全反射,最后沿与DC夹角为θ的方向从CD边射出,已知光在真空中的速度大小为c。求 ①透明体对该光的折射率n; ②该光在透明体中传播的时间t。 答案①该光在透明体中的光路如图所示,该光在BC边恰好发生全反射,α为临界角,则有: sinα=1 n 又:n=sin(90°?θ) sin(90°?α) 解得:n=√1+cos2θ ②由光的折射规律有:n=c v 该光沿AD方向的分速度大小为: v x=v sinα,且sinα=1 2 该光在透明体中传播时间为:t=Rsinα+L v x 解得:t=R√1+cos2θ+L(1+cos2θ) c 3.(2019安徽A10联盟2月联考)如图是某种玻璃材料制成的空心圆柱体的截面图,玻璃圆柱体的半径为2R,空心部分是半径为R的圆,两圆同心。一束单色光(平行于截面)从圆柱体外表面上的A点以入射角i射入玻璃材料中,光束经折射后恰好与内圆面相切于B点,已知该玻璃材料对此单色光的折射率为√2。 (Ⅰ)求入射角i; (Ⅱ)欲使该光束从A点入射后,恰好在内圆面上发生全反射,则入射角i'是多少? 答案(Ⅰ)45°(Ⅱ)30° 4.直角等腰玻璃三棱镜ABC的截面如图所示,∠ABC=∠ACB=45°,一条单色光从腰AB上的D点射入三棱镜,在玻璃内部折射光线为DE,折射角r=30°,折射光线传播到BC边上的E点。已知该玻璃三棱镜的折射率n=√2。 (ⅰ)求光线的入射角i(图中未标出); (ⅱ)判断光线能否在E点发生全反射。 答案本题考查了光的折射和全反射,体现了科学思维中科学推理要素。 (ⅰ)根据光的折射定律有 n=sini sinr 解得i=45° (ⅱ)根据几何关系有∠DEB=15° 光线在BC边的入射角为α=75° 设光线从玻璃射入空气发生全反射的临界角为C,则 sin C=1 n 可得C=45° 第15章相对论简介 (高考体验) 一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选 错或不选的得0分) 1.(2010·北京理综)属于狭义相对论基本假设的是:在不同的惯性系中() A.真空中光速不变 B.时间间隔具有相对性 C.物体的质量不变 D.物体的能量与质量成正比 解析:由爱因斯坦狭义相对论基本假设可知选项A正确。 答案:A 2.(2011·江苏单科) 如图所示,沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶,当铁塔B发出一个闪光,列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是() A.同时被照亮先被照亮 先被照亮 D.无法判断 解析:由“同时”的相对性可知,列车上的观察者观察到光信号先到达C,选项C正确。 答案:C 3.(2014·四川理综)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是() A.电磁波不能产生衍射现象 B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 解析:任何波都有衍射现象,选项A错误;遥控器发射红外线脉冲信号遥控电视机,选项B错误;根据多普勒效应可以测出天体运动速度,选项C正确;光在一切惯性系中的速度是不变的,选项D错误。答案:C 4.导学号(2015·山东聊城高二检测)惯性系S中有一边长为l的正方形,从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是() 解析:由相对论知识可知,沿运动方向,物体的长度将变短,而其他方向物体长度不会发生变化,因此,选项C正确,A、B、D错误。 答案:C 第十四章 电磁波 相对论简介 课时作业39 电磁波 时间：45分钟 满分：100分 一、选择题(8×8′＝64′) 1．(2010·天津高考)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：电磁波在真空中传播速度最大，为c ＝3×108 m/s ，在介质中传播速度v ＝c n ，n 为介质折射率，选项B 错误；均匀变化的电场或磁场，不能产生电磁波，选项C 错误；电磁波在均匀介质中沿直线传播，选项D 错误． 答案：A 2．关于电磁波，下列说法中正确的是( ) A ．在真空中，频率越高的电磁波速度越大 B ．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大 C ．电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变 D ．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失 解析：电磁波在真空中的传播速度都是光速，与频率、能量无关，而在介质中的传播速度要小于在真空中的传播速度．一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会消失． 答案：C 3．关于γ射线，以下说法中正确的是( ) A ．比伦琴射线频率更高，穿透能力更强 B ．用来检测金属材料内部伤痕、裂缝、气孔等 C ．利用γ射线穿透力强制成金属测厚计来检测金属板的厚度 D ．“γ刀”是利用了γ射线的强穿透能力 解析：由于γ射线是一种比X 射线波长更短的电磁波，γ射线的能量极高，穿透能力比X 射线更强，也可用于金属探伤等，所以选项A 、B 、C 正确． 答案：ABC 经典时空观与相对论时空观-例题解析 1.着重体会从绝对时空观无法解释光的传播问题出发，进而提出狭义相对论假设的思想方法. 2.相对论的两个假设无法直接加以验证，但是由它导出的一系列结论却都与实验相符，这种“间接证明”的方法是科学研究中的重要方法. 3.要紧抓住“两个假设”，只有深入理解了这两个“假设”的含义，才能理解应用其他各种相对论效应. 4.要重新科学理解“同时”的含义. 5.注意相对论中各种效应都是相互的. 例如，一把尺子相对地面高速运动时，地面上的观察者测量到尺子的长度变短.如果尺子在地面上不动,而观察者相对于地面高速运动，那么观察者测量到的尺子长度和观察者不运动时相比仍然是缩短的. 时钟变慢的效应也有和“尺缩效应”一样的性质. 6.注意“运动的尺子变短”只是在运动方向上变短，其他方向不变. 【例1】 一只完全密封而不透明的船正在静水中匀速航行，船内的人能够感知船在运动吗？能够测量船的航行速度吗？如果船是加速航行呢？ 解析：如果船是真正的匀速航行，船内的人又无法以船外的物体为参考系，则无法感知船在运动，更不可能测量船的速度.这是伽利略相对性原理的要求. 如果船是加速或减速航行，船内的人完全可以利用牛顿定律测量出船的加速度，但依然不能测量出船的瞬时速度. 【例2】 根据相对论理论，一尺子相对参考系静止时长为L 0，当它以速度v 匀速运动时，参考系上的人测量该尺子的长度将变为： L =L 022 1c v -(c 是光在真空中的传播速度) (5－1) 称之为长度收缩公式. 如果一观察者测得运动着的米尺长0.5 m(米尺的静止长度为1 m)，问此尺以多大的速度接近观察者？ 解析：由L =L 022 1c v -得： v =c 20 2 1L L -=c 25.01-=0.87c =2.6×108 m/s. 【例3】 根据相对论理论,如果地球上的时钟走过了时间t ，那么，以速度v 相对地球运动的飞船上的时钟走过的时间t ′则为： t ′=t 22 1c v -(c 是光在真空中的传播速度) (5－2) 通俗地说，就是运动的时钟变慢了. 设想飞船在甲乙两个相距8亿千米的星球间飞行，甲、乙两星球及飞船上各有一个巨大的钟，现飞船相对星球以0.75c (c 是真空中光速)的速度离开甲星球飞向乙星球，飞船经过甲星球时，三个钟均调整指到3：00整.问，当飞船飞过乙星球的瞬间，飞船内的人看到乙星球上的钟和飞船上的钟分别指向多少？ 解析：在乙星球的观察者看来，飞船飞越的时间为： 第十五章相对论简介 教学目的： 1．了解相对论的诞生及发展历程 2．了解时间和空间的相对性 3．了解狭义相对论和广义相对论的内容 教学重点：时间和空间的相对性、狭义相对论和广义相对论 教学难点：时间和空间的相对性 教学过程： 一、狭义相对论的基本假设 牛顿力学是在研究宏观物体的低速（与光速相比）运动时总结出来的.对于微观粒子，牛顿力学并不适用，在这一章中我们还将看到，对于高速运动，即使是宏观物体，牛顿力学也不适用. 19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入，人们认识到了光的电磁本质.我们已经知道，电磁波是以巨大的速度传播的，因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论的出现. 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识，它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重要的里程碑. 经典的相对性原理 如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系. 我们引用伽利略的一段话，生动地描述了一艘平稳行驶的大船里发生的事情.“船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比向另一方向用更多的力.你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同.当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动”通过这段描述以及日常经验，人们很容易相信这样一个论述：力学规律在任何惯性系中都是相同的.这个论述叫做伽利略相对性原理.相对性原理可以有不同的表述.例如还可以表述为：在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的. 在不同的参考系中观察，物体的运动情况可能不同，例如在一个参考系中物体是静止的，在另一个参考系中看，它可能是运动的，在不同的参考系中它们运动的速度和方向也可能不同.但是，它们在不同的惯性系中遵从的力学规律是一样的，例如遵从同样的牛顿运动定律、同样的运动合成法则…… 光速引起的困难 《光学电磁波相对论》考点解读 河北省鸡泽县第一中学057350吴社英 考纲展示 新的考试大纲几何光学对光导纤维、光的色散等考点为Ⅰ类要求，对光的折射考点为Ⅱ类要求；物理光学对光的本性学说、光的干涉、光的衍射、光的偏振、电磁波谱等考点为Ⅰ类要求。其中光的折射的应用要求较高。 考点解读 本单元内容为课标高考的选考内容，是选修模块3-4中的两部分重要内容之一，高考命题为了突出知识的覆盖面，该部分出题的可能性很大，涉及的考点也很多高考命题具有以下特点： 1. 突出对折射定律的考查：光的折射定律是本单元唯一的一个Ⅱ级考点，光的折射和全反射是高考命题热点光的折射、色散、全反射及光速和折射率的关系是高考考查的重点； 2 .注重联系实际、联系高科技：干涉现象、衍射现象、偏振现象等方面的知识与大学物理内容有千丝万缕的联系，且涉及较多物理学研究方法，薄膜干涉等知识容易和实际应用相结合命制相关试题既能考查基本知识,又能考查应用能力，应予以关注； 3.电磁波、相对论命题的可能性极小：这部分内容虽属于考纲内容，但从历年命题特点看，出题的可能性很小，这部分内容定性了解即可 考点一：对折射定律的理解和应用 1.在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即作出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解．找出临界光线往往是解题的关键． 2.分析全反射现象的问题时，先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于等于临界角，若满足全反射的条件，则再由折射定律和反射定律来确定光的传播情况．例12009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学 奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯．高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性的成就．若光导纤维是由内芯和包层组成，下列说法正确的是() A．内芯和包层折射率相同，折射率都大 B．内芯和包层折射率相同，折射率都小 C．内芯和包层折射率不同，包层折射率较大 D．内芯和包层折射率不同，包层折射率较小 解析：为了使光线不射出来，必须利用全反射，而发生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进入折射率较小的光疏介质．且入射角大于等于临界角，因此，内 芯的折射率应大于包层的折射率，故选项D正确． 答案：D 变式练习 1．（08·宁夏·32）一半径为R的1/4球体放置在水平面 上，球体由折射率为3的透明材料制成。现有一束位于过 课时作业38 电磁波 相对论简介 时间：45分钟 满分：100分 一、选择题(8×8′＝64′) 1．(2020·天津高考)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：电磁波在真空中传播速度最大，为c ＝3×108 m/s ，在介质中传播速度v ＝c n ，n 为介质折射率，选项B 错误；均匀变化的电场或磁场，不能产生电磁波，选项C 错误；电磁波在均匀介质中沿直线传播，选项D 错误． 答案：A 2．关于电磁波，以下说法正确的是( ) A ．电磁波是能量存在的一种方式 B ．电磁波能够传递能量 C ．电磁波不是真实的物质 D ．微波炉就是用微波的能量来煮饭烧菜的 解析：场是一种看不见，摸不着，但真实存在的客观物质，电磁波是电磁场在周围空间中传播而形成的，所以也是一种客观物质，答案C 错误． 答案：ABD 3．关于γ射线，以下说法中正确的是( ) A ．比伦琴射线频率更高，穿透能力更强 B ．用来检测金属材料内部伤痕、裂缝、气孔等 C ．利用γ射线穿透力强制成金属测厚计来检测金属板的厚度 D ．“γ刀”是利用了γ射线的强穿透能力 解析：由于γ射线是一种比X射线波长更短的电磁波，γ射线的能量极高，穿透能力比X射线更强，也可用于金属探伤等，所以选项A、B、C正确．答案：ABC 4．关于电磁波的发射，下列说法中正确的是( ) A．各种频率的电磁振荡都能辐射电磁波，只是辐射的能量所占振荡总能量的比例不同罢了，振荡周期越大，越容易辐射电磁波 B．为了有效向外辐射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率C．为了有效向外辐射电磁波，振荡电路不需采用开放电路，但要提高振荡频率D．提高振荡频率和电路开放是发射电磁波的必要手段，振荡电路开放的同时，其振荡频率也随之提高 解析：电磁波的发射应该采用开放电路，同时频率越高，发射范围越大． 答案：B 图1 5．一根10m长的梭镖以相对速度穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的．以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况？( ) A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它 B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来 C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖 D．所有这些都与观察者的运动情况有关 解析：如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖，那么梭镖看起来就比管子短，在某些位置梭镖会完全处在管子内部．然而当你和梭镖一起运动时，你看到的管子就缩短了，所以在某些位置，你可以看到梭镖两端都伸出管子．假如你在梭镖和管子之间运动，运动的速度是在梭镖运动的方向上，而大小是其一半；那么梭镖和管子都相对于你运动，且速度的大小一样；你看到这两样东西都缩短了，且缩短的量相同．所以你看到的一切都是相对的——依赖于你的参考系．答案：D 6．如图2所示，一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，都被加 第15章第3~4节 1．物理学发展过程中，不少物理学家作出了重大贡献，下列有关物理学史不符合事实的是() A．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在 B．赫兹首先捕捉到电磁波 C．伽俐略认为，力学规律在任何惯性参考系中都是相同的 D．爱因斯坦通过质能方程阐明质量就是能量 答案：D 2．如果你以接近于光速的速度朝一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动() A．你的质量在增加 B．你的心脏跳动在慢下来 C．你在变小 D．你永远不能由自身的变化知道你的速度 答案：D 3．用著名的公式E＝mc2(c是光速)，可以计算核反应堆中为了产生一定的能量所需消耗的质量．下面的哪种说法是正确的() A．同样的公式E＝mc2也可以用来计算一个手电筒发出一定能量光时所丢失的质量 B．公式E＝mc2适用于核反应堆中的核能，不适用于电池中的化学能 C．只适用于计算核反应堆中为了产生一定的能量所需消耗的质量 D．公式E＝mc2适用于任何类型的能量 答案：AD 4．以下说法中，错误的是() A．矮星表面的引力很强 B．在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得快些 C．在引力场越弱的地方，物体长度越长 D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移 答案：CD 解析：矮星表面引力很强，按广义相对论，那里的时间进程比较慢． 5．若一宇宙飞船对地以速度v 运动，宇航员在飞船内沿同方向测得光速为c ，问在地上观察者看来，光速应为v ＋c 吗？ 答案：在地面的观察者看来，光速是c ，不是v ＋c . 6．电子的静止质量m 0＝9.11×10－31kg ，经电压加速后速率为0.94c ，求电子的相对论质量． 答案：2.69×10－30kg 解析：由狭义相对论知 m ＝m 0 1－? ????v c 2＝9.11×10－311－? ?? ??0.94c c 2kg ＝2.69×10－30kg. 7．假如宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论． 答案：飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面． 这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价． 能力提升 1．关于E ＝mc 2，下列说法中正确的是( ) A ．质量为m 的物体，就贮存有mc 2的能量 B ．质量为m 的物体，对应着mc 2的能量 C ．如果物体质量减少Δm ，就将该质量转化为mc 2的能量 D ．如果物体质量减少Δm ，就将产生Δmc 2的能量 答案：AD 2．一艘大船在平静的大洋中匀速行驶，一个人在其密闭的船舱内向各个不同的方向做立定跳远实验，并想由此来判断船航行的方向，假设他每次做的功相同， 专题17 光学电磁波相对论1．（2020·江苏）“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射 强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是 A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小 C．I减小，λ增大 D．I诚小，λ减小 【答案】B 【解析】黑体辐射的实验规律如图。 特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度I增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以λ减小。 故选B。 2．（2020·浙江）在的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示。下列说法正确的是 A．当体温超过37.3℃时人体才辐射红外线 B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线 C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的 D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的 【解析】AB ．凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，故人体一直都会辐射红外线，故A 错误， B 错误；CD ．人身体各个部位体温是有变化的，所以辐射的红外线强度就会不一样，温度越高红外线强度越高，温度越低辐射的红外线强度就越低，所以通过辐射出来的红外线的强度就会辐射出个各部位的温度；红外体温计并不是靠体温计发射红外线来测体温的，故C 错误，D 正确。故选D 。 3．（2020·浙江）下列说法正确的是 A ．质子的德布罗意波长与其动能成正比 B ．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是α 射线 C ．光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关 D ．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性 【答案】D 【解析】A ．由公式h p λ==，可知质子的德布罗意波长1p λ∝ ，λ∝，故A 错误；B ．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是γ射线，故B 错误；C ．由k E h W ν=?，当0h W ν=，可知截止频率与入射光频率无关，由材料决定，故C 错误；D ．电子束穿过铝箱后的衍射图样说明电子具有波动性，故D 正确。故选D 。 4．（2020·Ⅰ）如图所示，圆心为O 、半径为R 的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P 点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ = 60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c ，则 A ．玻璃砖的折射率为1.5 B ．OP R C D ．光从玻璃到空气的临界角为30°光学 电磁波 相对论 练习题
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