高中物理：第14章电磁波相对论简介

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 m0
间有如
下关系： m＝
1－vc2
。
(2)物体运动时的质量 m 总要 大于 静止时的质量 m0。
3．相对论质能关系 用 m 表示物体的质量，E 表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝ mc2 。
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。
8．电磁波的应用 电视和雷达。 知识点 2 电磁波谱 Ⅰ 1.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。
2．电磁波谱的特性、应用
电磁
频率
波谱
/Hz
无线
电波
<3×1011
真空中 波长/m
>10－3
红外线 1011～1015 10－3～10－7
2．[对电磁波的理解]下列关于电磁波的说法正确的是( ) A．电磁波必须依赖介质传播 B．电磁波可以发生衍射现象 C．电磁波不会发生偏振现象 D．电磁波无法携带信息传播
解析 电磁波的传播可以不需要介质，也可以在介质中传播，A 选项是错误的。电磁波也是横波，具 有横波的任何特性，可以发生干涉、衍射、偏振等现象，B 选项正确，C 选项错误。电磁波可以携带信息 传播，D 选项错误。
二、对点激活 1．[电磁波的应用]关于电磁波，下列说法正确的是( ) A．雷达是用 X 光来测定物体位置的设备 B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调 C．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 D．均匀变化的电场可以产生恒定的磁场

解析
3．(人教版选修 3－4·P59·T1 改编)用如图所示的实验装置观察双缝干涉 图样，双缝之间的距离是 0.2 mm，用的是绿色滤光片，在毛玻璃屏上可以 看到绿色干涉条纹。下列说法正确的是( )
A．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直 B．如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离 变大 C．把绿色滤光片换为红色，相邻两个亮条纹中心的距离减小 D．如果改用间距为 0.3 mm 的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离变大
解析
5．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是( ) A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场 C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场 D．变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成 电磁波 解析 均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以 A、B 均错误；周期性变 化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，这是麦克斯韦电磁波理论的 基础，C 正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D 正确。
答案
解析 拍摄玻璃厨窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱 玻璃反射光的强度，使照片清晰，但不能增加透射光的强度，故 A 错误； 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉，故 B 错 误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射，形成光的色散现 象，故 C 正确；泊松亮斑是光的衍射现象，根据激光的应用可知，全息照 相的拍摄利用了激光的相干性的特点，与干涉原理有关，故 D 正确。
知识点
电磁波的产生、发射、传播和接收 Ⅰ
1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生 01 _电__场___，变化的电场产生
02 _磁__场___(如图 13 所示)。
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 03 __完__整__的__整__体_____，这就是电磁场。

40
A．0.4c C．0.9c
B．0.5c D．1.0c
41
• 解析 根据爱因斯坦狭义相对论光速不变原 理可知． • 答案 D
42
难点能力突破
43
难点突破
一、对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解 1．恒定的磁场(电场)不能产生电场(磁场)． 2． 只有非均匀变化的振荡电场(磁场)产生同频率的非均匀 变化的振荡磁场(电场)才能形成电磁波．
13
2．时间和空间的相对性． (1)时间间隔的相对性：Δt＝ Δτ v2 1－ c .
(2)长度的相对性：l＝l0
v2 1－ c .
14
u′＋v 3．相对论的速度变换公式u＝ . u′ v 1＋ 2 c 4．相对论质量m＝ 5．质能方程E＝mc2. 6．广义相对论． m0 v2 1－ c .
选修 3-4
第十四章 电磁波 相对论简介
2
考 情 分 析
3
考纲预览 1.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想及其在物理学发展史 上的意义 2．了解电磁波的产生，通过电磁波体会电磁场的物质性．知道电 场与磁场在一定条件下的相互激发就可产生电磁波．知道赫兹实 验证实了电磁波的存在，确立了麦克斯韦的电磁场理论 3．了解电磁波的发射、传播和接收 4．通过实例认识电磁波谱，知道光是电磁波．认识电磁波谱中各 个频段的名称、产生、主要特征、应用实例 5．知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论
答案 A
19
3． 下列各组电磁波， 按波长由长到短的正确排列是( A．γ 射线、红外线、紫外线、可见光 B．红外线、可见光、紫外线、γ 射线 C．可见光、红外线、紫外线、γ 射线 D．紫外线、可见光、红外线、γ 射线
答案 B
)

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。

相对论知识：相对论与电磁学——如何理解电磁波的性质相对论与电磁学——如何理解电磁波的性质随着科技的发展，电子通信在我们的生活中起着越来越重要的作用。

在电子通信中，我们经常使用的是电磁波。

电磁波的存在和性质是电磁学的重要研究内容之一。

而相对论也为我们理解电磁波的性质提供了重要的基础。

在本文中，我们将探讨相对论与电磁学之间的联系，以及如何理解电磁波的性质。

1.相对论与电磁学的关系相对论是物理学中的一大分支，它主要研究的是质量、能量、时间和空间的相互关系。

在相对论中，爱因斯坦提出了“相对性原理”和“光速不变原理”，这为我们理解电磁波的性质提供了基础。

在爱因斯坦的相对性原理中，他指出物体的运动状态是相对的，不同的惯性系之间没有绝对的区别。

结合电磁学领域的研究，我们知道，电磁波具有两种性质：一是电场，它的存在还可以引起电荷的位移；二是磁场，它可以通过变化的电磁场和电流产生。

而这两种性质是相互关联的，也就是说，电场和磁场是相互转换的。

相对性原理的提出，让我们可以从不同的惯性系中观测到不同的电磁波状态，例如光速或波长、能量、频率等等。

在光速不变原理中，爱因斯坦指出，在任何物体中，光的速度是相同的，无论观测光速的相对位置如何。

由此，我们可以推知，电磁波的速度是不受观测平台运动状态影响的。

这也意味着，我们可以根据一系列电磁波研究结果来了解不同位置的物理属性。

总之，相对论和电磁学之间的联系十分密切，它们之间的联系是互相影响的。

相对论和电磁学的理论不仅为我们解释电磁波的性质提供了基础，而且也使得我们可以更加深入地研究和了解宇宙和自然界。

2.理解电磁波的性质电磁波是一种由垂直于导线运动的电子或电荷摆动而产生的电场和磁场的相互嵌套的波。

根据能量、频率和波长的不同，我们可以将电磁波分为不同的类型，例如：射频、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线等。

电磁波的性质有很多，其中最重要的是传播速度、波长、频率、能量和极化状态等。

电磁场与相对论电磁场和相对论是现代物理学中两个重要的概念和理论，它们对我们理解宇宙的运作方式起着举足轻重的作用。

本文将探讨电磁场和相对论的基本概念，以及它们之间的关联。

首先，我们来介绍电磁场。

电磁场是由电荷和电流产生的物理场所引起的现象。

在我们日常生活中，我们经常遇到电磁场的体现，比如光、电和磁。

电磁场是由电磁波传播而产生的，其特征是具有电场和磁场相互垂直且互相作用的性质。

电磁波的传播速度是光速，即299,792,458米每秒，也是相对论的一个关键概念。

现在我们来谈谈相对论。

相对论是由阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪初提出的一种物理学理论，用以描述高速物体的运动以及引力的作用。

相对论基于两个基本原理：相对性原理和光速不变原理。

相对性原理指出，物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。

光速不变原理则认为光在真空中的速度是恒定不变的，无论观察者是否以高速运动。

相对论对电磁场有着深远的影响。

根据相对论的观点，时间和空间是相互关联的，构成了时空的统一实体。

相对论通过著名的洛伦兹变换来描述高速物体的运动，并且指出了电磁场的行为受到运动物体速度的影响。

相对论还揭示了质量与能量之间的等价关系，即著名的质能方程E=mc²，其中E表示能量，m表示物体的质量，c表示光速。

相对论的另一个重要结果是时间的相对性。

由于相对论的时间膨胀效应，当物体接近光速时，时间似乎变慢了。

这也是为什么当我们观察到远离地球的天体时，我们实际上是在观察到过去的事件。

相对论对于我们理解宇宙的演化和时间的本质提供了新的视角。

电磁场与相对论的关联体现在电磁场方程的变换。

相对论引入了施瓦茨希尔德表述，这是一种对电磁场方程做出改进的数学形式。

施瓦茨希尔德方程在空间和时间之间建立了一种统一的框架，强调了它们的相对性。

通过施瓦茨希尔德方程，我们能够更好地理解电磁场在不同参考系中的行为，以及电磁场的引力效应。

除了施瓦茨希尔德方程，相对论还提出了电磁场的张量形式，即电磁张量。

(2)宇航员测得船身通过观测站的时间间隔 多少？
[尝试解答] (1)观测站测得船身的长度为 L＝L0 1－u2/c2＝90 1－0.82 m＝54 m 通过观测站的时间间隔为 Δt＝Lu＝504.8mc ＝2.25×10－7 s (2)宇宙员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为 Δt＝Lu0＝900 3.75×10－7 s.
D．变化的电场可以产生变化的磁场 [解析] 雷达是利用微波来定位的，A项错
题型二 狭义相对论的简单应用
例2 长度测量与被测物体相对于观察者的 动有关，物体在运动方向长度缩短了．一艘宇 飞船的船身长度为L0＝90 m，相对地面以u＝0 的速度在一观测站的上空飞过．
(1)观测站的观测人员测得飞船的船身通过 测站的时间间隔是多少？
四、相对论的简单知识
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 Δt＝
Δτ .
1－vc 2
3．长度的相对性 l＝l0 1－vc2.
4．相对论的速度变换公式 5．相对论质量 m＝ m0
(2)由于电磁波的波长、频率与波速之间满 关系v＝λf，真空中电磁波的传播速度等于光速
雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续 t＝0.02 μs，在两个 时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲，否则会与后面
磁脉冲重叠而影响测量，设最大侦察距离为 s，则 2s＝vΔt，而 Δt＝
s＝200 μs m.
[答案] A
要点二 电磁波与机械波的区别
波别 项目
电磁波
机械波
研究对 象
电磁现象
力学现象
产生
由周期性变化的 由质点(波源)的振动 电场、磁场产生 生

——要点深化—— 1．在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度方向总是
互相垂直的，并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直．这就是
说，电场和磁场的振荡方向都跟电磁波的传播方向垂直．因此 电磁波是横波．
2．电磁波的传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v＝
λf.任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的 传播速度c＝3.0×108 m/s.
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答案：BD
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——知识回顾——
1．定义：交替产生的振荡电场和振荡磁场向周围空间的
传播形成电磁波． 2．电磁波是横波．
3．它在真空中传播速度等于光速c＝3.0×108_m/s.
4．波速v、波长λ与频率f的关系：v＝λf.
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3×108 m/s. (4)从图象上确定发出电磁波到接收到反射波所需的时 间． (5)注意电磁波所走的路程是障碍物到雷达距离的2倍．
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——基础自测——
图1 雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间是 1 μs，两次 发射的时间间隔为 100 μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波 如图 1 所示， 已知图中 ab＝bc， 则障碍物与雷达之间距离是多大？
周期性变 位移随时间和空间做 化的物理量 周期性变化 传播
传播需要媒介，波速 与媒质有关，与频率 无关，分横波和纵波 两种 由质点(波源)的振动 产生
电场E和磁感应强度B随时 间和空间做周期性变化
传播无需媒质，在真空中 波速总是c，在媒质中传播 时，波速与媒质及频率都 有关系．横波 由周期性变化的电流(电磁 振荡)激发
产生
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若以飞船上的时钟计算：因为
Δt＝Δt′/ 1－v/c2， 所以得 Δt′＝Δt 1－v/c2＝2.87×108× 1－0.9992 s ＝1.28×107 s＝0.4 年． [答案] 39年 0.4年
(对应学生用书P232) 1．(2010·上海高考)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 [解析] 本题考查电磁波谱．意在考查考生对电磁波谱的产生、特 征和应用的记忆和理解能力． [答案] A
三易发生 衍射
红外线
热效应
可见光 紫外线 X射线 γ射线
引起视觉
化学效应、 荧光效应、
能杀菌
穿透能力强
穿透能力 很强
应用 通信和
广播 红外线
遥感
照明等
灭菌消毒、 防伪
医用透视、 安检
工业探伤、 医用治疗
真空中波长
大于1 mm
小于1 mm 大于700 nm 700 nm到 400 nm之间
2π LC
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] 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 波在不同介质里波长不等，由v＝λf知不同介质中波的传播速度不同，B 错误；波发生衍射现象时，不再沿直线传播，波发生明显衍射现象的条 件是：障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小，D错 误．

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主干知识
麦克斯韦电磁场理论
1．麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生____，变化的电场能够在周围空间产生____． 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．
电磁波
1．定义：交替产生的振荡电场和振荡磁场向周围空间的____形成电磁波． 2．电磁波是____波． 3．它在真空中传播速度等于光速 c＝________. 4．波速 v、波长 λ 与频率 f 的关系：______.
狭义相对论的时空观
1．时间的相对性 (1)同时的相对性：在一个惯性参考系中“同时”发生的两个事件，在另一个惯性参 考系中可能是不同时的，即同时是________． (2)时间间隔的相对性：当从地面观察以速度 v 前进的火车时，车上的时间进程变慢 了，不仅时间变慢了，物理、化学过程和生命的过程都变慢了．这称为________． 关系式为：______________ 2．空间的相对性 (1)长度的相对性：相对地面以速度 v 运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的 长度变短了，速度越大，变短的越多．关系式为：____________
狭义相对论的基本假设
1．经典相对性原理 (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______，相对 一个惯性系做匀速直线运动的另一个________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________． 2．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______． (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______．
射电磁波的条件 第一，要有足够高的________；第二，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． (2) 发射电磁波是利用它传递某种信号，因此必须进行调制．所谓调制，就是把要 ________加在电磁波上的过程，有调幅和调频两种方式． 2．无线电波的接收 无线电波的接收过程是： 调谐电路利用电谐振的原理接收所需的电磁波， 再通过检波 器检波得到电磁波所携带的信号．

电磁波相对论简介一、知识脉络电磁波电磁波的发现：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→预言电磁波的存在赫兹证实电磁波的存在电磁振荡：周期性变化的电场能与磁场能周期性变化，周期和频率电磁波的发射和接收电磁波与信息化社会：电视、雷达等电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、ν射线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：2)(1cvll-=时间间隔的相对性：2)(1cvt-∆=∆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：21cvuvuu'+'=相对论质量：2)(1cvmm-=质能方程2mcE=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二、知识梳理与例题讲练（一）电磁波的发现1．麦克斯韦的电磁场理论麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：，。

2．电磁场：按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的______和______总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，称为________。

电场和磁场只是这个统一的_______的两种具体表现。

3．电磁波变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播，就形成_________。

①电磁波是__________（填“横波”或“纵波”）。

在电磁波传播方向上的任一点，场强E和磁感应强度B均与传播方向________且随时间变化。

②电磁波的传播不需要介质，在_________中也能传播。

在真空中的波速为c=_________m/s。

③波速和波长、频率的关系：c=_______【例1】下列关于电磁波的说法正确的是 ( CD )A.只要电场和磁场发生变化,就能产生电磁波B.电磁波传播需要介质C.停止发射电磁波,发射出去的电磁波仍能独立存在D.电磁波具有能量,电磁波的传播是伴随着能量向外传递的【例2】如图所示, 一正离子在垂直匀强磁场的固定光滑轨道内做逆时针匀速圆周运动,当磁场均匀增强时,离子的动能将 ( A )A.增大B.减小C.不变D.可能增大,也可能不变（二）电磁振荡1．振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做________，能够产生振荡电流的电路叫________，LC回路是一种简单的_________。

一、电磁场与电磁波 1．麦克斯韦系统总结了前人对电磁规律的研究成果，建 立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在．
8
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2．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解． (1)恒定的磁场(电场)不能产生电场(磁场)． (2)周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的 磁场(电场)，才能形成电磁波． (3)变化的磁场能够在周围空间产生电场，这种电场与电 荷激发的静电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与空 间有无导体或者有无闭合电路无关．
[点评] 正确理解雷达测距原理是解题关键．
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变式训练 2 雷达是运用电磁波来工作的，它发射的电 磁波频率多在 300mHz 至 1000mHz 的范围内， 已知真空中光 速 c＝3×108m/s.下列说法正确的是( )
A．电磁波可由恒定不变的电场和磁场产生 B．电磁波可由周期性变化的电场或磁场产生
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雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续 t＝0.02 μs，在 两个脉冲时间间隔内， 雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲， 否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量．设最大侦察距离 1 为 s，则 2s＝vΔt，而 Δt＝ s＝200 μs≫0.02 μs(脉冲持续 5000 vΔt 时间可以略去不计)，所以 s＝ ＝3×104m. 2 [答案] 1.5×109 Hz 3×104m
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5．下列几种说法： (1)所有惯性系中基本规律都是等价的； (2)在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无 关； (3)在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度 都相同．

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.。

• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2021/3/92021/3/92021/3/93/9/2021 1:49:23 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2021/3/92021/3/92021/3/9Mar-219-Mar-21 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2021/3/92021/3/92021/3/9Tuesday, March 09, 2021 • 13、志不立，天下无可成之事。2021/3/92021/3/92021/3/92021/3/93/9/2021
狭义相对论 【知识提炼】 1．对“同时”的相对性的理解：“同时”具有相对性，即在同一 个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系 中观察就不一定是同时发生的． 2．对“长度的相对性”的理解：狭义相对论中的长度公式：l
＝l0 1－vc2中，l0 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，或观察者沿杆的长度方向以速度 度变换公式的理解：速度变换公式：u＝1u＋′＋uc′v2v. 式中 u 是物体相对静止参考系的速度，v 是运动参考系相对 静止参考系的速度，u′是物体相对运动参考系的速度(u′与 v 同向取正值，反之取负值)．
【典题例析】 (2016·高考江苏卷)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经过地球，下 列说法正确的是( B ) 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
2.关于狭义相对论的说法，正确的是( ABC) 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