电磁波 相对论简介

第14章电磁波相对论简介版块一知识点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Ⅰ1.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）电路必须开放，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无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，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中“检”出调制信号的过程叫作检波，检波是调制的逆过程，也叫作解调。

8．电磁波的应用电视和雷达。

知识点2电磁波谱Ⅰ1.定义按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱。

最强医用治疗知识点3狭义相对论的基本假设质速关系、质能关系' 相对论质能关系式Ⅰ1.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 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫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。

聚焦电磁波和相对论简介电磁波和相对论是现代物理学的两个基本领域。

电磁波是一种由振荡的电场和磁场构成的波动，是电磁力的媒介。

电磁波可以分为许多不同的频率和波长，从无线电波到gamma射线均属于电磁波的范畴。

相对论是描述质点在高速运动时的物理学理论，是对于牛顿力学的一种补充，其中包括了时间和空间的相对性、质量与能量的等价性等概念。

下面我们来具体了解一下电磁波和相对论的基本特征和应用。

一、电磁波电磁波是由脉动的电场和磁场所组成的波动，它具有独特的波粒二象性。

在空间传播的过程中，电磁波会沿着垂直于自身传播方向的方向上振荡，这个方向被称为电磁波的偏振方向。

电磁波被广泛应用于通讯、医疗、卫星导航、遥感等领域。

根据电磁波的频率分布，可以将它们分为不同的类型。

常见的电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和gamma射线。

它们之间的区别在于波长和频率的不同。

例如，无线电波的波长非常长，相应的频率非常低，而 X射线和gamma射线的波长非常短，频率非常高。

电磁波是一种非常重要的物理现象，它在众多领域得到了广泛应用。

例如，电磁波在通讯和导航方面得到广泛应用。

移动电话、电视和计算机都利用了无线电波传输数据。

卫星导航也是利用电磁波进行定位的。

电磁波还被广泛应用于医疗、遥感以及其他科学领域。

二、相对论狭义相对论是描述质点在高速运动时的物理学理论。

相对论中包含有关时间和空间的相对性、质量与能量的等价性等基本概念。

相对论是将牛顿力学拓展到高速度和非静止的物体的理论框架。

2、相对论的主要概念（1）光速不变原理：在各参照系之间，光速是不变的，无论另一个物体是在相对静止状态还是在牛顿力学下的运动状态。

（2）时间对于不同的参考系而言是不同的，运动的物体的时间会相对于静止的物体的时间变得更加缓慢。

（3）空间长度也是相对的。

物体相对于参照系的运动状态决定了它被测量时的长度是不同的。

相对论的应用非常广泛。

它被应用到了许多现代物理研究领域中。

专题十八电磁波相对论简介考纲解读分析解读本专题的知识点比较多,但均为Ⅰ级要求,因此复习本专题时应以课本为主。

重点内容是:电磁波、电磁波的概念和规律的理解,以电磁波内容为背景的波的传播和能量的辐射;相对论时空观、狭义相对论的两个基本假设、质速关系和质能关系。

命题探究电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s,与频率无关,选项A正确;由麦克斯韦电磁场理论可知,选项B 正确;变化的电场和磁场相互激发,且相互垂直,形成的电磁波的传播方向与电场和磁场均垂直,选项C正确;电磁波可以通过电缆、光缆传输,选项D错误;电磁振荡停止后,电磁波可以在空间继续传播,直到能量消耗完为止,选项E错误。

五年高考考点电磁波相对论1.[2017江苏单科,12B(1)](多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有。

A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢答案AC2.(2016北京理综,14,6分)下列说法正确的是()A.电磁波在真空中以光速c传播B.在空气中传播的声波是横波C.声波只能在空气中传播D.光需要介质才能传播答案 A3.(2016天津理综,1,6分)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。

米波雷达发射无线电波的波长在1~10 m范围内,则对该无线电波的判断正确的是()A.米波的频率比厘米波频率高B.和机械波一样须靠介质传播C.同光波一样会发生反射现象D.不可能产生干涉和衍射现象答案 C4.(2016天津理综,6,6分)(多选)物理学家通过对实验的深入观察和研究,获得正确的科学认知,推动物理学的发展。

下列说法符合事实的是()A.赫兹通过一系列实验,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B.查德威克用α粒子轰击N获得反冲核O,发现了中子C.贝克勒尔发现的天然放射性现象,说明原子核有复杂结构D.卢瑟福通过对阴极射线的研究,提出了原子核式结构模型答案AC5.(2014四川理综,2,6分)电磁波已广泛运用于很多领域。

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γ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① 变化的磁场在周围空间产生电场 ； ② 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 π2 LC T ，完全由自身参数决定，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①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. ②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 .③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 .④电视、雷达大多利用微波段的电磁波. 2.相对论简介(1)狭义相对论两个基本原理①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.②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Δt ＝Δτ/22/1c v -，l = l 022/1c v -要注意的是公式中各物理量的意义：Δτ是在相对静止的惯性系中的时间流逝，叫做 固有时间 ，l 0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：m ＝m 0/22/1c v - 能量与速度的关系：E ＝E 0/22/1c v - 式中E 0＝m 0c 2，m 0是静止质量. (6)广义相对论简介①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.②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v ＝Tλ＝λf ； (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 ＝tq∆∆，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 ＝Cq，由极板上电荷量的多少决定.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 ·tI∆∆，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v→c时，时间延缓效应显著；当v≪c时，时间延缓效应可忽略，此时时间间隔Δt 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v→c时，长度收缩效应显著；当v≪c时，长度收缩效应可忽略，此时长度l＝l0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，t2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LC U π2 D.磁场能一直在不断增大【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LCU t Q I ===π2，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.i 1是L 1中的电流图像B.i 1是L 2中的电流图像C.i 2是L 2中的电流图像D.i 3是流过耳机的电流图像【解析】L 2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L 2和D 串联，所以当L 2的电压与D 反向时，电路不通，因此这时L 2没有电流，所以L 2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α，OO ′在水平面上的投影与当地正南方的夹角为偏角β，接收定位于东经105.5°的卫星电视信号(如CCTV －5)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73°～135°)( BD )A.有β＝0，α＝90°B.与卫星经度相同的各地，α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，α随纬度的增大而减小，我国不在赤道上，α不可能为零，经度大于105°的各地，天线应该朝南偏西，由于地球很大，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u ＝c /3沿x 轴方向运动，在K ′系的x ′y ′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l 0，在K ′系中x ′方向上：l 0x ＝l 0cosα′，y ′方向上：l 0y ＝l 0sin α′，由长度的相对性得K 系中x 方向上：L x ＝l 0x 2)(1c v-= 20)(1 cos cv l -'α y 方向上：l y ＝l 0y ＝l 0sin α′因此在K 系中观测时：l ＝α'-=+22022cos )(1cv l l l y xα＝arcta nxy l l = arctan2)(1 tan cv -'α代入数据解得l ≈4.79 m，α≈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】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v ＋c 吗？【解析】由相对论速度变换公式u ＝21cv u vu '++'得： u ＝21ccv v c ++＝c ·v c vc ++＝c 可见在地上的观察者看来，光速应为c ，而不是v ＋c . 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=++=22121/1c v v v v v8.06.018.06.0⨯++c ＝1.4c /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t ＝t 022/-1c v ＝2×2)48141(1./.-s≈0.65 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 中发射的时间间隔是2 s ，说明2 s 是固有的时间间隔(相对两次发射事件静止的参考系中的时间间隔)，也就是说，在B 参考系中看，A 是运动的，则运动的时钟变慢了，在B 中的时钟快些，测量出的两次发射时间间隔就大些.【正解】在B 中看，A 是运动的，所以A 中时间的流逝慢，于是A 中的2 s 在B 中应该是2/22/-1c v ≈6.2 s【思维提升】一定要注意：在狭义相对论的范畴内，最小的时间间隔是固有时间间隔，即在与事件相对静止的参考系中所测量得到的两事件的时间间隔或一事件持续的时间是固定的.。

第4讲光的波动性电磁波相对论第一章光的波动性光是一种电磁波，它具有波动性。

早期的光学中，人们认为光是一种粒子，直到19世纪时，经过波动理论和实验，人们逐渐意识到光的波动性。

光的波长和频率是它波动特征的表现，这种特殊的波动特征使得光能在空气、水、玻璃等媒介中传播。

第二章电磁波电磁波是由电场和磁场相互作用产生的波动。

当电子在某一方向上振动时，周围便会形成电场，并且在垂直方向上产生磁场。

这样，电磁波就在空间中传播。

第三章相对论相对论是20世纪爱因斯坦提出的物理学理论。

它描绘了质量、能量、时间和空间之间的相互关系。

相对论的基本原则是相对性原理，即任何物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。

这一原则提出后，引起了人们对空间和时间的理解的深刻思考。

第四章光的相对论相对论揭示了质量、能量、时间和空间的相互关系，同时它也揭示了光的波动性。

在相对论中，光的速度被认为是不变的。

这是因为不论在哪个参照系中，光的速度都是相同的，并且是一个定值，即光速。

这种特殊的速度让光在空间和时间上产生了一些奇妙的效应，如时间膨胀和长度收缩等。

第五章光的波粒二象性光既有波动性，也有粒子性。

这种二象性表现在静止的粒子（光子）和传播的波动（电磁波）之间的转化。

在相对论中，光的波动特征受到粒子运动速度的影响，因此光的波动特性受到了一定程度的限制。

这种限制使得光的波动特性变得更加复杂，增加了人们对光的理解的挑战。

总结光的波动特性和电磁波密不可分，光的波动性使得光能够在不同媒介中传播，而相对论则揭示了光的速度不变。

光的波粒二象性，更是让我们对光的本质有了更深刻的认识。

总之，光是一个充满着神奇和未知的物理现象，它的研究将一直是科学家和爱好者探索的方向。

电磁波和相对论简介一、电磁振荡1．振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流，能够产生振荡电流的电路叫振荡电路，LC 回路是一种简单的振荡电路。

2．LC 回路的电磁振荡过程：可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律，如图所示3．LC 回路的振荡周期和频率高考资源网高考资源网高考资源网高考资源网LC T π2=高考资源网高考资源网高考资源网高考资源网高考资源网LCf π21=注意：（1）LC 回路的T 、f 只与电路本身性质L 、C 有关 （2）电磁振荡的周期很小，频率很高，这是振荡电流与普通交变电流的区别。

4、分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）：⑴理想的LC 回路中电场能E 电和磁场能E 磁在转化过程中的总和不变。

⑵回路中电流越大时，L 中的磁场能越大（磁通量越大）。

⑶极板上电荷量越大时，C 中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）。

4、L C 回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数。

5、注意特殊点和过程 a.充电完毕和放电完毕时的特点 b.充电过程和放电过程的特点 c.电场能和磁场能的转化的临界状态 d.电流在什么时候方向改变【例1】右边两图中电容器的电容都是C =4×10-6F ，电感都是L =9×10－4H ，左图中电键K 先接a ，充电结束后将K扳到b ；右图中电键K先闭合，稳定后断开。

两图中LC 回路开始电磁振荡t =3.14×10－4s 时刻，C 1的上极板正在____电（充电还是放电）,带_____电（正电还是负电）；L 2中的电流方向向____(左还是右)，磁场能正在_____（增大还是减小）。

解：先由公式求出LC T π2==1.2π×10－4s ，高考资源网t =3.14×10－4s 时刻是开始振荡后的T 65。

再看与左图对应的q-t 图象（以上极板带正电为正）和与右图对应的i-t 图象（以LC 回路中有逆时针方向电流为正），图象都为余弦函数图象。