电磁波和相对论巩固和提升1.docx

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电磁波和相对论巩固和提升1

《电磁波》专题演练

专题一：

麦克斯韦电磁理论的主要内容

1、变化的磁场产生电场

麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场,是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无关,导体环只是用来显示电流的存在（如下图所示）

◎说明:

在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的

◎理解:

（1）均匀变化的磁场产生电场

（2）非均匀变化的磁场产生电场

2、变化的电场产生磁场

麦克斯韦认为:

变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即变化的电场产生磁场。

根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候,不仅导体中的电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场

◎理解:

（1）变化的电场产生稳定磁场

（2）变化的电场产生变化磁场

3、电磁波的特点：

（1）电磁波是横波。

电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波的传播方向与二者的方向也垂直。

（2）电磁波在空间以一定的速度传播，

（3）电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即c=3.0×108m/s

（4）电磁波的传播过程就是电磁能的传播过程。

（5）电磁波是物质波，真空中也能传播，能独立存在（与机械波不同）

（6）具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性

【巩固练习题】

例1、电磁场理论预言了什么（）

A、预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场

B、预言了变化的电场能够在周围产生磁场

C、预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的速度为光速

D、预言了电能够产生磁，磁能够产生电

例2、右上图中，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。

若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设小球运动过程中的电量不变，那么（）

A．小球对玻璃环的压力不断增大

B．小球受到的磁场力不断增大

C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动

D．磁场力一直对小球不做功

例3、比较电磁波和机械波，下列说法正确的是（）

A、电磁波可以在真空中传播，机械波的传播要依赖于介质

B、电磁波是横波

C、电磁波和声波都是纵波

D、电磁波在有的介质中是横波，在有的介质中是纵波

2、电磁振荡

1、振荡电路和振荡电流

物理上把大小和方向都随时间做周期性变化的电流，叫做振荡电流.能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路.由自感线圈和电容器组成的振荡电路，称为LC回路.（如下图示）

2、

电磁振荡的产生过程．

电磁振荡抽象，过程复杂，难以理解，要抓住问题的本质、关键，即电场能和磁场能交替转化。

L、C上的变化情况如下图所示。

放电过程：

在放电过程中，q↓、u↓、E电场能↓→i↑、B↑、E磁场能↑，电容器的电场能逐渐转变成线圈的磁场能。

放电结束时，q=0，E电场能=0，i最大，E磁场能最大，电场能完全转化成磁场能。

充电过程：

在充电过程中，q↑、u↑、E电场能↑→I↓、B↓、E磁场能↓，线圈的磁场能向电容器的电场能转化。

充电结束时，q、E电场能增为最大，i、E磁场能均减小到零，磁场能向电场能转化结束。

当电容C中储存电场能最大时（带电量、场强值最大、电压最高），电路中电流为零。

磁场能为零。

随着电容C逐渐放电，电场能ε电（带电量Q，电压U）逐渐减小，而磁场能ε磁（电流i）将逐渐增大。

3、阻尼振荡和无阻尼振荡

（1）无阻尼振荡：

在电磁振荡中，如果没有损失，振荡电流的振幅保持，这种振荡叫做无阻尼振荡，也叫做等幅振荡

（2）阻尼振荡：

任何电磁振荡电路中，总存在损耗，使振荡电流的振幅逐渐，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡．

注意：

（1）振荡电路中的能量损耗有一部分转化为内能（产生焦耳热），还有一部以电磁波的形式向外辐射出去．

（2）如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡．

4、电磁振荡的周期和频率

（1）周期和频率：

电磁振荡完成一次变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率．

（2）LC回路的周期和频率由回路本身的特性决定．这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）．

LC回路的周期和频率只与电容和自感系数有关.

公式：

T=2π

f=

【巩固练习题】

例1、如图所示是LC振荡电路中振荡电流与时间的关系图线，若电容器开始放电的时刻为t=0，则下列说法中正确的是[]

A.在t=0时，线圈中的磁场能最小

B.在t=1s时，电容器中电场能最大

C.在t=2s时，电容器放电结束

D.在t=3s时，电容器充电结束

例2、在LC振荡电路中，电流方向如图所示，且已知电流正在变小，则下列说法中正确的是（）

A.电容器正在放电B.线圈中自感电动势正在增加

C.磁场能正向电场能转化D.a板带负电

例3、如图所示，甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图乙，且把通过P点向右的电流方向规定为乙图中坐标i的正方向，则（）

A.0.5～1s的时间内，电容器C正在充电

B.0.5～1s的时间内，C的上板带正电

C.1～1.5s时间内，Q点比P点电势高

D.1～1.5s时间内，磁场能正在向电场能转化

例4、在LC振荡电路中，用以下的哪种方法可以使振荡频率增大一倍（）

A．自感系数L和电容C都增大一倍B．自感系数L增大一倍，电容C减少一半

C．自感系数L减少一半，电容C增大一倍D．自感系数L和电容C都减少一半

例5、.LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则[]

A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向α

B.若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上板带负电

C.若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上板带正电

D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由α向b　

例6、右图为LC振荡电路中电容器板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知（）。

A.在t1时刻，电路中的磁场最小

B.从t1到t2，电路中的电流值不断变小

C.从t2到t3，电容器不断充电

D.在t4时刻，电容器的电场能最小

3、电磁波的发射和接收

1、无线电波的发射：

要有效发射电磁波，振荡电路须具有如下特点：

⑴要有足够高的。

⑵振荡电路的和必须分散到尽可能大的空间，

这样才能有效地

2.采用什么手段可以有效的向外界发射电磁波？

（改造LC振荡电路——由闭合电路成开放电路）

⑴开路电路：

为了发射电磁波，需要改进振荡电路。

一方面电容器极板间距离、正对面积；另一方面线圈的匝数，以减少自感。

这样既提高了振荡频率又将磁场和电场分散到较大空间。

这种电路叫做开放电路。

⑵调制:

为了传送声音、文字、图象等信号，就要让电磁波随着待传递的信号而改变。

在电磁波发射过程中，使叫做调制

⑶常用的调制方式有调幅和调频两种：

调幅：

叫做调幅。

用表示。

调频：

叫做调频。

用表示。

2、无线电波的接收

（1）.电谐振：

当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率时，接收电路中产生的振荡电流（这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振）

（2）.调谐：

使接收电路产生的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。

右图是收音机内接收无线电波的调谐装置：

通过改变可变电容的电容大小改变调谐电路的固有频率，进而使其与接收电台的电磁波频率相同，这个频率的电磁波就在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了电台。

（3）.解调：

用调谐电路接收到的感应电流是调制的高频振荡电流，因此，还要使声音或图像信号从高频电流中还原出来，这个过程是的逆过程，调幅波的解调也叫

检波是调制的逆过程，因此也叫做解调。

检波以后信号再经过放大、重现，我们就可以听到和看到了。

3、无线电波：

技术上把波长大于（频率低于）的电磁波

波段

波长

频率

传播方式

主要用途

长波

m~m

10kHz~100kHz

中波

3000m~200m

100kHz~1500kHz

地波和

天波

调幅（AM）

中短波

200m~50m

1500kHz~6000kHz

短波

m~m

6MHz~30MHz

微波

米波

10m~1m

30MHz~300MHz

近似直线传播

调频（FM）

分米波

1m~0.1m

300MHz~3000MHz

厘米波

10cm~1cm

3000MHz~30000MHz

毫米波

mm~mm

30000MHz~300000MHz

【巩固练习题】

例1、一个LC接收回路，若要从接收较高频率的电磁波变到接收较低频率的电磁波，下列调节正确的是（）

A.增加谐振线圈的匝数B.在线圈中插入铁芯

C.降低电源电压D.把可变电容器的动片适当旋进些

例2、无线电广播中波段的波长范围为187~560米，为了避免邻台干扰，两个相邻电台的频率至少相差104赫，则在此波段中，最多能容纳的电台数约：

（）

A、500个B、100个C、187个D、20个。

例3、某防空雷达发射的电磁波频率为f=3×103MHZ，屏幕上尖形波显示，从发射到接受经历时间Δt=0.4ms，那么被监视的目标到雷达的距离为______km。

该雷达发出的电磁波的波长为______m。

例4、某雷达工作时，发射电磁波的波长λ＝20㎝，每秒脉冲数n＝5000，每个脉冲持续时间t＝0.02μs，问电磁波的振荡频率为多少？

最大的侦察距离是多少？

4、电视和雷达（仅了解一下即可）

★电视

1.历史：

1927年英国的发明家贝尔德首次在伦敦公开表演了远处传来的活动图像

2.原理：

简单地说：

电视信号是电视台先把影像信号转变为可以发射的，发射出去后被接收的电信号通过，被还原为光的图象重现荧光屏。

3.电视信号的发送：

在电视发射端，用摄像管将光信号转换为，对高频振荡进行，然后通过天线把带有信号的电磁波发射出去。

（包括伴音）

4.电视信号的接收：

接收端通过、将电信号送到显像管，由显象管将

还原成图像，接收端同时将伴音信号还原成声音。

5.电视传递的是活动景象：

摄像机每秒要传送25张画面，电视接收机也以相同的速率在荧光屏上显现这些画面，由于更换迅速和视觉暂留，人感觉到的便是活动影像。

★雷达工作原理

1．雷达：

利用来测定物体位置的无线电设备。

2．原理：

雷达是利用电磁波遇到障碍物发射与接收之间的时间差，计算出物体的距离。

3．理解：

⑴雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的

⑵雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的波段

⑶雷达发射的是的无线电波，即脉冲，每次发射时间约为10-6s

【巩固练习题】

例1、中央电视台第一套节目的频率为52.5MHz（1MHz=106Hz），电磁波在真空中的传播速度（填“大于”、“等于”或“小于”）光在真空中的传播速度，其速度大小为m/s，则中央电视台第一套节目的波长为m．

例2、有一种“隐形飞机”，可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够（选填“增强”或“减弱”）对电磁波吸收作用，秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够（选填“增强”或“减弱”）电磁波反射回雷达设备。

例3、按有关规定，工作场所所受的电磁波辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁波能量）不得超过0.50W/m2。

若某小型无线通信装置的辐射功率为1W，那么在距离该通信装置m以外是符合规定的安全区域。

5、电磁波谱

1、电磁波谱。

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重叠。

无线电波

红外线

可见光

紫外线

X射线

ν射线

组成频率波

增大

减小

产生机理

在振荡电路中，自由电子作周期性运动产生

原子的外层电子受到激发产生的

原子的内层电子受到激发后产生的

原子核受到激发后产生的

2、红外线、紫外线、X射线的主要性质及其应用举例。

种类

产生

主要性质

应用举例

红外线

一切物体都能发出

热效应

遥感、遥控、加热

紫外线

一切高温物体能发出

化学效应

荧光、杀菌、合成VD2

X射线

阴极射线射到固体表面

穿透能力强

人体透视、金属探伤

3、实验证明：

物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长λm和物体温度T之间满足关系λm∙T=b（b为常数）。

可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。

在宇宙学中，可以根据接收到的恒星发出的光的频率，分析其表面温度。

4、可见光频率范围是3.9-7.5×1014Hz，波长范围是400-770nm。

5、阳光中波长在5.5x10-7m的黄绿光附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感

【巩固练习题】

例1、验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光，家用电器上的遥控器发出的“光”用来控制电视机，空调器等，对于它们发出的光，下列说法正确的是（）

①验钞机发出的“光”是红外线

②遥控器发出的“光”是红外线

③红外线是由原子的内层电子受到激发后产生的

④红外线是由原子的外层电子受到激发后产生的

A.①②B.②④C.①④D.②③

例2、右图是伦琴射线管的结构示意图。

电源E给灯丝K加热，从而发射出热电子，热电子在K、A间的强电场作用下高速向对阴极A飞去。

电子流打到A极表面，激发出高频电磁波，这就是X射线。

下列说法中正确的有（）

A.P、Q间应接高压直流电，且Q接正极

B.P、Q间应接高压交流电

C.K、A间是高速电子流即阴极射线，从A发出的是X射线即一种高频电磁波

D.从A发出的X射线的频率和P、Q间的交流电的频率相同

例3、下列各组电磁波，按衍射能力由强到弱正确排列的是（）

A、γ射线、红外线、紫外线、可见光B、可见光、红外线、紫外线、γ射线

C、红外线、可见光、紫外线、γ射线D、紫外线、可见光、红外线、γ射线

例4、被誉为“神刀”的γ刀在治疗脑肿瘤的时候不需要对患者实施麻醉，手术时间短。

用γ刀治疗脑肿瘤主要是利用了（）

A.γ射线具有很强的穿透能力B.γ射线很强的电离能力

C.γ射线具有很高的能量D.γ射线很容易绕过障碍物继续向前传播

例5、下列关于电磁波的说法正确的是（）

A．红外线、紫外线、伦琴射线和γ射线在真空中的传播速度都为3×108m/s

B．红外线应用在遥感技术中，是利用了它能穿透本领强的特性

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

例6、关于激光的应用问题，以下说法正确的是（）

A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号来进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息

B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光是相干光的特点来进行的

C．医学上用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点

D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点

《相对论》专题演练

专题一：

经典的相对性原理

1、力学规律在任何惯性参考系中都是的。

还可以表述为：

在任何惯性参考系中无法用任何力学实验判断该参考系相当于另一个参考系是静止的还是做匀速直线运动，即任何惯性参考系都是平权的。

2、相对性原理与电磁规律之间的矛盾

矛盾激发：

“在不同的惯性系中光速不同”——“任何参考系中光速度都应该是同一数值”，说明相对性原理涉及到接近光速的高速领域产生了明显的困难。

当时人们为了解决这个困难，提出了三种可能：

（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方程组应满足伽利略不变性。

（2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系成立。

（3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变换下具有不变性。

这意味着经典牛顿力学要作修改，修改后的力学方程在新的变换下具有不变性。

3、狭义相对论的两个基本假设

狭义相对论的两个基本原理：

①爱因斯坦相对性原理———切物理定律，在不同的惯性系中是相同的

②光速不变原理——光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都是相同的，与光源、观察者是否相对运动无关

对2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。

【巩固练习题】

例：

下列说法正确的是（）

A．物理的基本规律在所有惯性系中都是等价的

B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动都无关

C．在任何惯性系中，光在真空中沿任意方向的传播速度都相同

D．以上说法均不正确

专题二：

时间与空间的相对性

1、“同时”的相对性

两种情景

中点发光

情况1：

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

车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁

站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁

关键：

在各个参考系中光速都为c

情况2：

地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的

利用相对运动原理，可假设车静人动，人和地面相当于火车，结果与前面相似

2、长度的相对性

（1）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。

公式中的l0是相对于杆静止的观察者测量出的杆的长度，而l可认为是杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测出的杆的长度，也可以认为杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测量出的杆的长度。

（2）注意：

杆运动方向的长度缩短了，而垂直于运动方向上的长度不变。

3、时间间隔的相对性

（此时习惯上写成

）

（1）“动钟变慢”（或时间膨胀）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。

运动时钟变慢完全是相对的，由于两个惯性参考系是平权的，在它们上面的观测者都将发现对方的钟变慢了。

（2）公式中Δt0是相对于事件发生地静止的观察者测量同一地点两个事件发生的时间间隔，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同样两个事件发生的时间间隔。

4、相对论的速度变换公式

通过狭义相对论两个原理的学习，知道光对任何物体的运动速度都一样，物体运动的极限速度都不可能越过真空中的光速。

在宏观低速运动条件下，伽利略的速度叠加原理简单有效。

但对高速运动的物体及微观高速粒子，速度的叠加原理与传统经典观念矛盾，必须要考虑相对论效应。

车对地的速度为v，人对车的速度为u/地面上的人看到车上人相对地面的速度为u

如果车上人运动方向与火车运动方向相同，u’取正值

如果车上人运动方向与火车运动方向相反，u’取负值

注意：

相对论速度变换公式，是根据相对论理论中的洛伦兹变换推出的结论，只适用于同一直线运动物体速度的叠加。

对于更复杂的速度的叠加，此公式不适用。

5、相对论质量。

严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：

m运动质量>m0静止质量

微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响．

6、质能方程

质能方程

质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系.

Ek是物体的动能，E是物体运动时的能量E0是物体静止时的能量

在v＜＜c时

这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速情况下的特例．

专题三：

广义相对论简介

1、广义相对性原理和等效原理

把相对性原理从“任何惯性系平权”推广到“包括非惯性系在内的任意参考系（即包括惯性系和非惯性系）平权”。

2、广义相对论几个结论以及相关实验验证

1、光线经过强引力场中发生弯曲

2、引力红移

3、水星轨道近日点的进动

3、经典物理学的时空观与相对论时空观的差异

经典时空观

相对论时空观

时间

天然存在；一分一秒地流逝；与物质运动无关

与物质存在与否及运动状态有关

空间

一个大盒子；物质运动的场所

与物质存在与否及运动状态有关

联系

二者脱离，没有联系，独立存在

物质、时间、空间是紧密联系的统一体

适用范围

低速运动物体遵循经典物理学规律

更有普遍意义，广泛适用

【巩固练习题】

1、甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车前进方向放置的尺子，同时乙在地面上看甲手中沿火车前进方向放置的尺子，则下列说法正确的是（）

A．甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度大

B．甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度小

C．乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中尺子长度大

D．乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自己手中尺子长度小

2、一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？

（已知飞船速度

）

分析：

已知飞船观察者甲经时间Δ

=30年，地面上的观察者乙经过时间为

年=60年

可见甲的孪生兄弟已经60岁了。

3、惯性系S中有一边长为l的正方形（如图A所示），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 （）

4、在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的（）

①一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速

②质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对状态而改变

③惯性系中的观察者观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的时钟走得慢些

A．①③是正确的              B．①②是正确的

C．①②③是正确的       D．②③是正确的

5、.对于公式

，下列说法中正确的是

A．式中的是物体以速度v运动时的质量

B．当物体的运动速度v＞0时，物体的质量m＞m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的

C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动

D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉．在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化

6、设一列火车沿平直的轨道飞快行驶，如图，车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁与后壁，这是两个事件，下列说法正确的是

A．车厢内的观察者认为闪光先到达后壁，后到达前壁

B．车厢内的观察者认为闪光同时到达前壁与后壁

C．车厢外的观察者认为闪光先到达后壁，后到达前壁

D．车厢外的观察者认为闪光同时到达前壁与后壁

7、一固有长度为4.0m的物体，若以速率0.60c沿x轴相对某惯性系运动，试问从该惯性系来测量，此物体的长度为（　　）

A．4.0m　　　　　　　　　B．2.4m

C．3.2mD．3.0m

8、沿铁道排列的两电杆