1、K會，廷紹膏、 ufv. com本人聲明：本資源屬本人原創作品，授予21世紀教育網獨家發行。新課標高三一輪復習精品學案第十四章第4講第十四章選修3-4光學電磁波相對論第四講電磁波和相對論【重點知識精講】麥克斯韋電磁場理論：變化電場產生磁場，變化磁場產生電場。變化的電 場和磁場總是相互聯系的形成一個不可分割的統一的電磁場。變化的電場和磁場 由近及遠向周圍空間傳播形成電磁波。電磁波是橫波，它的傳播不需要介質，在 真空中也可以傳播，電磁波傳遞電磁場能量。電磁波能夠發生反射、折射、干涉 和衍射。麥克斯韋根據光在真空中傳播速度與電磁波相同，提出光在本質上是一 種電磁波。狹義相對論的兩個假設是：0狹義相對

2、性原理：在不同的慣性參考系中，一 切物理規律都是相同的；即物理規律（包括力學、光學、電磁學等的數學形式與 參考系的選擇無關。光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是 相同的，與光源的運動和觀察者的運動無關。狹義相對論的三個推論是：同時的相對性：在某一慣性系中同時發生的兩個 事件，在另一個相對它運動的慣性系中，不是同時發生。長度的相對性（尺縮 效應）：從相對地面以v做勻速運動的慣性系中，測得一根桿長為10，桿相對慣 性系是靜止的，且與v平行放置，則從地面慣性系中測得桿長為 1，1 =|仍2,一一，一，一 ，1。1-IJ。在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，即所謂的尺縮效 應，速度

3、越大，尺縮效應越明顯，當速度接近光速時，尺子幾乎縮成一個點。當 桿沿著垂直于自身的方向運動時，測得的長度和靜止時一樣。時間間隔的相對 性（鐘慢效應）：從相對地面以v做勻速運動的慣性系中，測得該慣性系內某事件 經歷的時間為八。，則從地面慣性系中測得該事件經歷的時間為t，!，仍2_ ，一 t=。/ 1-IJ。運動的時鐘比靜止的時鐘走得慢，即所謂的鐘慢效應。而且，運動速度v越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了。狹義相對論的三 個推論說明空間和時間與物質的運動狀態有關。狹義相對論的三個公式是：相對論速度變換公式：某慣性系相對地面的速度 為力該慣性系中物體以速度沿慣性系速度u的方向相對慣性系運動

4、，那么物 體相對地面的速度為u，= 公二。如果慣性系中的物體運動方向與慣性系運1 u V1 +C 2動方向相同，取正值；如果慣性系中的物體運動方向與慣性系運動方向相反， u取負值。相對論質量：設物體靜止時質量為m0,物體以速度v運動時質量 為m，則m= . m0。微觀粒子的速度很高，它的質量明顯的大于靜止質量.廣 k c J質能方程：E=mc2。質能方程揭示了物體的質量與能量的對應關系，物體的能量 與質量成正比，由質能方程可推出能量變化與質量變化之間的關系：AE=Amc2, 此式常用于計算核反應過程中由于質量虧損釋放的能量。物體運動時的能量E m1和靜止時的能量E之差就是物體的動能E，E =E

5、-E = oc2- m c2= -m v2。T2、k c ）典型考法典例1. （2010天津理綜）下列關于電磁波的說法正確的是均勻變化的磁場能夠在空間產生電場電磁波在真空和介質中傳播的速度相同只要有電場和磁場，就能產生電磁波電磁波在同種介質中只能沿直線傳播【解析】根據麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的磁場能夠在空間產生恒定電場， 選項A正確；電磁波在真空和介質中傳播的速度不相同，選項B錯誤；只要有電 場和磁場，不一定就能產生電磁波，選項C錯誤；若介質密度不均勻，電磁波在 同種介質中也會發生偏折，選項D錯誤。【答案】A【點評】此題考查對電磁波理論的理解和掌握。針對訓練題1. （2009北京理綜卷第1

6、5題）.類比是一種有效的學習方法，通過 歸類和比較，有助于掌握新知識，提高學習效率。在類比過程中，既要找出共同 之處，又要抓住不同之處。某同學對機械波和電磁波進行類比，總結出下列內容， 其中不正確的是D .機械波的頻率、波長和波速三者滿足的關系，對電磁波也適用機械波和電磁波都能產生干涉和衍射現象機械波的傳播依賴于介質，而電磁波可以在真空中傳播機械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波解析：電磁波是橫波，選項D說法不正確。【答案】D典例2 （2010北京理綜）屬于狹義相對論基本假設的是：在不同的慣性系中，真空中光速不變B.時間間隔具有相對性C.物體的質量不變D.物體的能量與質量成正比【解析】狹義相

7、對性的基本假設是：一切物理規律在不同的慣性參考系中都是相 同的，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，所以選項A正確。【答案】A【點評】時間間隔具有相對性是狹義相對論的推論，物體的能量與質量成正比是 相對論的質能方程得出的結論，不屬于狹義相對論基本假設。【針對訓練題】2 （2009年江蘇高考卷）如圖所示，強強乘電梯速度為0.9c （c為光速）的宇宙 飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5 c，強強向壯壯發出一束光進行 聯絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為。（填寫選項前的字母）A. 0.4cB. 0.5cC. 0.9cD. 1.0c【解析】根據愛因斯坦狹義相對性的假設，真空中的光速在

8、不同的慣性參考系都 是相同的，與光源的運動和觀察者的運動無關，所以壯壯觀測到該光束的傳播速 度為1.0c。選項D正確?！敬鸢浮緿【達標測試題】（2010上海物理）電磁波包含了丫射線、紅外線、紫外線、無線電波等，按波 長由長到短的排列順序是無線電波、紅外線、紫外線、丫射線紅外線、無線電波、丫射線、紫外線丫射線、紅外線、紫外線、無線電波紫外線、無線電波、丫射線、紅外線【解析】根據電磁波譜，按波長由長到短的排列順序是無線電波、紅外線、紫外 線、丫射線，選項A正確?！敬鸢浮緼2。關于以下幾種電磁波的作用，說法正確的是非典時期在機場、碼頭、車站等交通出口處，使用紅外線熱像儀檢測通過它的 發熱病人，是利用

9、了物體在不同溫度下發射的紅外線的頻率和強度不同刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因為紫外線波長短，分辨率高紅外線遙感技術是利用了紅外線的顯著熱效應驗鈔機之所以利用紫外線驗鈔是因為紫外線具有熒光效應解析：物體的溫度越高，它輻射的紅外線越強，波長越短，紅外線熱像儀利用 物體在不同溫度下發射的紅外線的頻率和強度不同檢測通過它的發熱病人，選項 A正確；因為紫外線波長短，用紫外線拍攝指紋照片，分辨率高，選項B正確； 紅外線遙感技術是利用靈敏的紅外線探測儀接收物體發射的紅外線探知物體的犬擔紀輸、 ufv. com特征，選項C錯誤；紫外線具有熒光效應，紫外線照射鈔票上熒光物質印刷的 文字可發出可見光，選項D正確。

10、答案：.ABD3. （2012云南部分名校聯考）下列說法中正確的是機械波的傳播依賴于介質，而電磁波可以在真空中傳播只要有電場和磁場，就能產生電磁波當物體運動的速度接近光速時，時間和空間都要發生變化當觀測者靠近或遠離波源時，感受到的頻率會發生變化答案：ACD；解析：只要有變化的電場和磁場，就能產生電磁波，選項B錯誤。4. （2012蘇北四市聯考）下列說法中正確的是人耳能聽見的聲波比超聲波更易發生衍射麥克斯韋預言并用實驗證實了電磁波的存在離開地球的高速火箭里的人認為地球上人的壽命變長了單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長有關.答案：AC解析：人耳能聽見的聲波比超聲波波長長，更易

11、發生衍射，選項A正確； 麥克斯韋預言了電磁波，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，選項B錯誤；由相 對論推出的結論可知，離開地球的高速火箭里的人觀察地球在高速運動，時間變 長，認為地球上人的壽命變長了，選項C正確；單擺在周期性外力作用下做受 迫振動，其振動周期等于驅動力的周期，與單擺的擺長無關，選項D錯誤。（6分）（2012河北唐山五校聯考）下面的說法正確的是（）火車過橋時要減速是為了防止火車發生共振“聞其聲不見其人”是波的衍射現象電磁波譜中最容易發生衍射現象的是射線利用雷達測出發射微波脈沖及接收到脈沖的時間間隔可以確定雷達和目 標的距離答案：BD解析：火車過橋時要減速是為了防止橋梁發生共振，選項A

12、錯誤;“聞其聲不見其人，是聲波的衍射現象，選項B正確；電磁波譜中最不容易發生衍射現象的是射線，選項C錯誤；利用雷達測出發射微波脈沖及接收到 脈沖的時間間隔可以確定雷達和目標的距離，選項D正確。6（2011江蘇物理）如圖所示，沿平直鐵路線有間距相等的三座鐵塔A、B和C。 假想有一列車沿AC方向以接近光速行駛，當鐵塔B發出一個閃光，列車上的觀測者測得A、C兩鐵塔被照亮的順序是H A A（A）同時被照亮-二二- ：（B）A先被照亮（C）C先被照亮（D）無法判斷【解析】：火車上的觀察者以火車為參考系，那么三座鐵塔A、B和C均沿CA 方向運動。當鐵塔B發出一個閃光，向AC傳播過程中，A是遠離光線運動，C

13、 是向著光線運動，所以火車上的觀察者看到光線先傳播到C，即C先被照亮，選 項C正確?！敬鸢浮緾【點評】此題考查同時的相對性，意在考查考生的理解能力。7（2008年江蘇高考卷）慣性系S中有一邊長為l的正方形（如圖A所示），從 相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測得該正方形的圖象是ABCD【解析】由相對論的尺縮效應可知，沿運動方向上的邊長變短，垂直運動方向的 邊長不變，C圖象正確。【答案】C【點評】運動物體的速度越大，沿運動方向上的邊長變短越多。8（2008年海南高考物理）設宇宙射線粒子的能量是其靜止能量的k倍.則粒子登陸21世紀教育助您教考全無憂運動時的質量等于其靜止質量的 倍，粒子運

14、動速度是光速的 倍。【解析】設宇宙射線粒子靜止質量為m0,運動時的質量為m,粒子以速度V運 動時的能量E=mc2，靜止時的能量為E0=m0c2，依題意=旭0，故m=km0，即粒子運動時的質量等于其靜止質量的k倍；由m=0= k c ）=和m=km0，解得v_Ck2-1 c。即粒子運動速度是光速的2-1倍。kk【答案】k； H2-1k【點評】此題考查應用狹義相對論初步中的有關公式的簡單計算。據報導，歐洲大型強子對撞機開足馬力可以把粒子加速到光速的99.9%，單束 粒子能量可達到7萬億電子伏特。下列說法正確的是如果繼續對粒子加速，粒子速度可以達到光速如果繼續對粒子加速，粒子速度可能超過光速粒子高速

15、運動時質量大于靜止時的質量粒子高速運動時質量小于靜止時的質量答案：C解析：根據相對論可知，物體的速度不可能等于或超過光速，選項AB錯誤；根 據相對論質量與速度關系，物體運動時質量大于靜止時的質量，選項C正確D 錯誤。（2012年開封二模）下列說法正確的是：X射線的頻率比無線電波的頻率高做簡諧運動的單擺擺長增大為原來的2倍，其周期也增大為原來的2倍根據狹義相對論，地面上的人看到高速運行的列車比靜止時變短且矮用同一裝置觀察光的雙縫干涉現象，藍光的相鄰條紋間距比紅光的小答案：AD解析：X射線的頻率比無線電波的頻率高，選項A正確；由單擺周期 公式可知，做簡諧運動的單擺擺長增大為原來的2倍，其周期也增大

16、為原來的倍，選項B錯誤；根據狹義相對論，地面上的人看到高速運行的列車比靜止時變 短且高度不變，選項C錯誤；由于藍光波長比紅光短，由雙縫干涉條紋間隔公式 可知，用同一裝置觀察光的雙縫干涉現象，藍光的相鄰條紋間距比紅光的小，選 項D正確。（2012遼寧本溪一中莊河高中期末聯考）下列說法中正確的是光導纖維絲內芯材料的折射率比外套材料的折射率大在太陽光照射下，水面上油膜出現彩色花紋是光的色散現象光傳播時，若遇到的障礙物的尺寸比光的波長大很多，衍射現象十分明顯， 此時不能認為光沿直線傳播麥克斯韋提出電磁場理論并預言電磁波存在，后來赫茲用實驗證實電磁波 的存在走時快的擺鐘必須調長擺長，才可能使其走時準確10.答案：ADE解析：在太陽光照射下，水面上油膜出現彩色花紋是光的干涉現 象，選項B錯誤；光傳播時，若遇到的障礙物的尺寸比光的波長大很多， 衍射現象十分不明顯，此時可以認為光沿直線傳播，選項C錯誤。（2012南京一模）以下說法正確的是（）無論什么波，只要振幅足夠大就可以產生明顯的衍射現象根據麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場周圍一定可以產生電磁波波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時