高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題54 電磁振蕩與電磁波 相對論初步（講）（含解析）1

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專題54 電磁振蕩與電磁波 相對論初步（講） 本章考查的熱點(diǎn)有簡諧運(yùn)動的特點(diǎn)及圖象、波的圖象以及波長、波速、頻率的關(guān)系，光的折射和全反射，題型以選擇題和填空題為主，難度中等偏下，波動與振動的綜合及光的折射與全反射的綜合，有的考區(qū)也以計算題的形式考查． 復(fù)習(xí)時應(yīng)注意理解振動過程中回復(fù)力、位移、速度、加速度等各物理量的變化規(guī)律、振動與波動的關(guān)系及兩個圖象的物理意義，注意圖象在空間和時間上的周期性，分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問題時，應(yīng)注意與實際應(yīng)用的聯(lián)系，作出正確的光路圖；光和相對論部分，以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主，不可忽視任何一個知識點(diǎn)． 1．知道電磁波是橫波． 2．了解電磁波的產(chǎn)生、傳播、發(fā)射和接收，熟記電磁波譜． 3．了解狹義相對論的基本假設(shè)和幾個重要結(jié)論． 1．電磁波的特性 （1）電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是相同的（都等于光速）． （2）不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越?。? （3）電磁波的頻率f、波長λ和波速v的關(guān)系：v＝λf． （4）電磁波是橫波，具有波的特性，能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象． 2．電磁波的發(fā)射與接收 （1）電磁振蕩（LC電路）的周期T＝2π，頻率． （2）發(fā)射電磁波的條件：①振蕩電路要有足夠高的頻率．②振蕩電路應(yīng)采用開放電路． 發(fā)射電磁波需經(jīng)過調(diào)制過程，調(diào)制的方法分為調(diào)頻和調(diào)幅．接收電磁波需經(jīng)過解調(diào)過程，解調(diào)是調(diào)制的逆過程． 3．狹義相對論 （1）狹義相對論的基本假設(shè) ①在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的． ②真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的． （2）時間間隔的相對性． （3）長度的相對性． （4）相對論的速度變換公式 （5）相對論質(zhì)量． （6）質(zhì)能方程E＝mc2． 考點(diǎn)一　電磁波譜分析及電磁波的應(yīng)用 電磁波譜 頻率/Hz 真空中波長/m 特性 應(yīng)用 遞變規(guī)律 無線電波 <31011 >10－3 波動性強(qiáng)，易發(fā)生衍射 無線電技術(shù) 紅外線 1011～1015 10－3～10－7 熱效應(yīng) 紅外遙感 可見光 1015 10－7 引起視覺 照明、攝影 紫外線 1015～1017 10－7～10－9 化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒 醫(yī)用消毒、防偽 X射線 1016～1019 10－8～10－11 貫穿本領(lǐng)強(qiáng) 檢查、醫(yī)用透視 γ射線 >1019 <10－11 貫穿本領(lǐng)最強(qiáng) 工業(yè)探傷、醫(yī)用治療 特別提醒：1．波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性．其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強(qiáng)． 2．電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同． ★重點(diǎn)歸納★ 電磁波與機(jī)械波的比較 名稱 項目　　　　 電磁波 機(jī)械波 研究對象 電磁現(xiàn)象 力學(xué)現(xiàn)象 產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(diǎn)（波源）的振動產(chǎn)生 波的特點(diǎn) 橫波 縱波或橫波 波速 在真空中等于光速（很大）（c=3108 m/s） 在空氣中不大（如聲波波速一般為340 m/s） 介質(zhì)需要 不需要介質(zhì)（在真空中仍可傳播） 必須有介質(zhì)（真空中不能傳播） 能量傳播 電磁能 機(jī)械能 ★典型案例★（多選）下列說法正確的是： （ ） A．變化的電場產(chǎn)生磁場 B．用紅外線照射時，大額鈔票上用熒光物質(zhì)印刷的文字會發(fā)出可見光 C．太陽光中的可見光和醫(yī)院 “B超”中的超聲波傳播速度相同 D．遙控器發(fā)出的紅外線波長比醫(yī)院胸透中的X射線波長長 【答案】AD 【名師點(diǎn)睛】電磁波譜 電磁波譜 特性 應(yīng)用 真空中波長/m 頻率/Hz 遞變規(guī)律 無線電波 波動性強(qiáng)，易發(fā)生衍射 無線電技術(shù) >10－3 <31011 波長減小 頻率增大 紅外線 熱效應(yīng) 紅外線遙感 10－3～10－7 1011～1015 可見光 引起視覺 照明、攝影 10－7 1015 紫外線 化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、能殺菌 醫(yī)用消毒、防偽 10－7～10－9 1015～1017 X射線 貫穿性強(qiáng) 檢查、醫(yī)用透視 10－8～10－11 1016～1019 γ射線 貫穿本領(lǐng)最強(qiáng) 工業(yè)探傷、醫(yī)用治療 <10－11 >1019 ★針對練習(xí)1★（多選）圖為L-C振蕩電路中電容器極板上的電量q隨時間t變化的圖線，由圖可知： （ ） A．在時刻，電路中的磁場能最小 B．從到，電路中的電流值不斷變小 C．從到，電容器不斷充電 D．在時刻，電容器的電場能最小 【答案】ACD 【名師點(diǎn)睛】電路中由L與C構(gòu)成的振蕩電路，在電容器充放電過程就是電場能與磁場能相化過程．q體現(xiàn)電場能，i體現(xiàn)磁場能． ★針對練習(xí)2★以下說法中不正確的有____________。（選對一個給3分，選對兩個給4分，選對3個給5分。每選錯一個扣3分，最低得分為0分） A．作簡諧運(yùn)動的物體每次通過同一位置時都具有相同的加速度和速度 B．橫波在傳播過程中，波峰上的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動到相鄰的波峰所用的時間為一個周期 C．一束光由介質(zhì)斜射向空氣，界面上可能只發(fā)生反射現(xiàn)象而沒有折射現(xiàn)象 D．水面油膜呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象，這可以用光的波動理論來解釋 E．在電場周圍一定存在磁場，在磁場周圍一定存在電場 【答案】ABE 【解析】 作簡諧運(yùn)動的物體每次通過同一位置時都具有相同的加速度，而速度有兩種方向，可能不同．故A錯誤．橫波在傳播過程中，波峰上的質(zhì)點(diǎn)只在自己的平衡附近振動，不向前移動．故B錯誤．一束光由介質(zhì)斜射向空氣，界面上若發(fā)生全反射，只發(fā)生反射現(xiàn)象而沒有折射現(xiàn)象．故C正確．水面油膜呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象形成的，說明了光是一種波．故D正確．根據(jù)麥克斯韋電磁場理論得知，在變化的電場周圍才存在磁場，在變化的磁場周圍才存在電場．故E錯誤；此題選不正確的，故選ABE． 【名師點(diǎn)睛】本題考查跟振動和波動有關(guān)的知識，基礎(chǔ)題．根據(jù)簡諧運(yùn)動的周期性分析物體通過同一位置時加速度和速度是否相同．橫波在傳播過程中，質(zhì)點(diǎn)不向前移動．光由介質(zhì)斜射向空氣，界面上可能只發(fā)生反射現(xiàn)象而沒有折射現(xiàn)象．水面油膜呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象，這說明了光是一種波．在電場周圍不一定存在磁場，在磁場周圍不一定存在電場。 考點(diǎn)二　對狹義相對論的理解 1．慣性系：如果牛頓運(yùn)動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系．相對一個慣性系做勻速直線運(yùn)動的另一個參考系也是慣性系． 2．光速的大小與選取的參考系無關(guān)，因為光速是從麥克斯韋方程組中推導(dǎo)出來的，無任何前提條件． 3．狹義相對論認(rèn)為物體的質(zhì)量m與物體的速度v有關(guān)，其關(guān)系式為 ★典型案例★下列說法中正確的是____________。（選對一個給3分，選對兩個給4分，選對3個給5分。每選錯一個扣3分，最低得分為0分） A．軍隊士兵過橋時使用便步，是為了防止橋發(fā)生共振現(xiàn)象 B．機(jī)械波和電磁波在介質(zhì)中的傳播速度僅由介質(zhì)決定 C．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃反射光的影響 D．假設(shè)火車以接近光速通過站臺時，站臺上旅客觀察到車上乘客在變矮 E．赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在 【答案】ACE 【名師點(diǎn)睛】考查共振現(xiàn)象、機(jī)械波的傳播；相對論初步及光的偏振現(xiàn)象等知識點(diǎn)的內(nèi)容，理解各種現(xiàn)象的原理，注意當(dāng)周期性驅(qū)動力的頻率和物體的固有頻率相等時振幅達(dá)到最大，即共振，注意尺縮效應(yīng)的方向是解答的關(guān)鍵。 ★針對練習(xí)1★下列說法中正確的是： （ ） A．變化的電場一定能夠在其周圍空間產(chǎn)生變化的磁場從而形成電磁波 B．當(dāng)觀察者向靜止的聲源運(yùn)動時，接收到的聲音的波長大于聲源發(fā)出的波長 C．相對論認(rèn)為時間和空間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān) D．泊松亮斑是光的干涉現(xiàn)象，全息照相的拍攝利用了光的衍射原理 【答案】C 【解析】 周期性變化的電場一定能夠在其周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場；均勻變化的電場能夠在其周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，故A錯誤；根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)觀察者向靜止的聲源運(yùn)動時，接收到的聲音的頻率大于聲源發(fā)出的頻率，結(jié)合v=λf可知，接收到的聲音的波長小于聲源發(fā)出的波長，故B錯誤；相對論認(rèn)為時間和空間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)，故C正確；根據(jù)光的衍射與干涉的特點(diǎn)，泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象；根據(jù)激光的應(yīng)用可知，全息照相的拍攝利用了激光的相干性好的特點(diǎn)，與干涉原理有關(guān)，故D錯誤． 【名師點(diǎn)睛】周期性變化的電場一定能夠在其周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場；根據(jù)多普勒效應(yīng)分析波的頻率的變化；相對論認(rèn)為時間和空間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)；泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，全息照相的拍攝利用了光的干涉原理． ★針對練習(xí)2★以下說法中，不正確的是： （ ） A．電磁波譜包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線 B．牛頓環(huán)是薄膜干涉的結(jié)果，當(dāng)用頻率更高的單色光照射時，同級牛頓環(huán)半徑將會變大 C．遙遠(yuǎn)星系所生成的光譜都呈現(xiàn)“紅移”，即光譜線都向紅色部分移動了一段距離，由此現(xiàn)象可知宇宙在膨脹 D．邁克耳孫-莫雷實驗結(jié)果表明：不論光源與觀察者做怎樣的相對運(yùn)動，光速都是一樣 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】本題考查了波動部分的基本知識．電磁波譜、光的干涉、光的多普勒效應(yīng)、愛因斯坦的狹義相對論，要加深理解，強(qiáng)化記憶。