第第4 4节电磁波与相对论节电磁波与相对论119世世纪纪60年年代代， 预预言言了了电电磁磁波波的的存存在在，并并认为光是一种认为光是一种 ，此后赫兹证实了电磁波，此后赫兹证实了电磁波2麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论变变化化的的磁磁场场能能够够在在周周围围空空间间产产生生 ，变变化化的的电电场场能能够在周围空间产生够在周围空间产生 3电磁场：变化的电磁场：变化的 产生电场，变化的产生电场，变化的 产产生磁场，周期性变化的电场和生磁场，周期性变化的电场和 的磁场总是的磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是 麦克斯韦麦克斯韦电磁波电磁波电场电场磁场磁场磁场磁场电场电场周期性变化周期性变化电磁场电磁场一、电磁场与电磁波一、电磁场与电磁波4. 电磁波电磁波(1)形形成成：周周期期性性 和和周周期期性性 从从产产生的区域由近及远地向周围空间传播出去，就形成了生的区域由近及远地向周围空间传播出去，就形成了 (2)特点特点电电磁磁波波在在真真空空中中传传播播时时，它它的的电电场场强强度度与与磁磁感感应应强强度度互互相相垂垂直直，而而且且二二者者均均与与波波的的传传播播方方向向 ，因因此电磁波是此电磁波是 电电磁磁波波的的传传播播 介介质质，在在真真空空中中也也能能传传播播在在真空中的波速为真空中的波速为c m/s.变化的电场变化的电场变化的磁场变化的磁场电磁波电磁波垂直垂直横波横波不需要不需要3.0108波速波长和频率的关系：波速波长和频率的关系： .特特别别提提醒醒：电电磁磁波波不不同同于于机机械械波波，机机械械波波传传播播必必须须有有介介质质，而而电电磁磁波波传传播播不不需需介介质质，机机械械波波的的波波速速仅仅取取决决于于介介质，而电磁波的波速与介质及波的频率均有关系质，而电磁波的波速与介质及波的频率均有关系(3)发射和接收发射和接收为为有有效效发发射射电电磁磁波波，振振荡荡电电路路必必须须有有足足够够高高的的频频率率，并并且且是是开开放放的的；要要利利用用电电磁磁波波传传递递信信号号需需要要对对电电磁磁波波进进行调制，调制有行调制，调制有 和和 两种方法两种方法接接收收电电磁磁波波时时，先先要要调调谐谐使使 产产生生电电谐谐振振，再通过检波再通过检波“检检”出高频电流中所携带的信号出高频电流中所携带的信号(4)电磁波的应用：广播、电视、雷达、无线通信等电磁波的应用：广播、电视、雷达、无线通信等cf调幅调幅调频调频接收电路接收电路(5)电磁波谱电磁波谱1 1经典时空观经典时空观(1)(1)在在经经典典力力学学中中，物物体体的的质质量量是是不不随随 而而改改变的变的(2)(2)在在经经典典力力学学中中，同同一一物物理理过过程程发发生生的的位位移移和和对对应应时时间的测量结果在不同的参考系中是间的测量结果在不同的参考系中是 2 2相对论时空观相对论时空观(1)(1)在在狭狭义义相相对对论论中中，物物体体的的质质量量是是随随物物体体的的运运动动速速度度的增大而的增大而 的的运动状态运动状态相同的相同的增大增大二、经典时空观和相对论时空观二、经典时空观和相对论时空观(2)在在狭狭义义相相对对论论中中，同同一一物物理理过过程程发发生生的的位位移移和和对对应应时间的测量结果在不同的参考系中是时间的测量结果在不同的参考系中是 三、相对论简介三、相对论简介1狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设(1)狭狭义义相相对对性性原原理理：在在不不同同的的惯惯性性参参考考系系中中，一一切切物物理规律都是理规律都是 (2)光光速速不不变变原原理理：真真空空中中的的光光速速在在不不同同的的惯惯性性参参考考系系中都是中都是 不同的不同的相同的相同的相同的相同的时间间隔时间间隔 小小 静止静止 质量质量增大增大 质量质量5. 质能方程：质能方程：E .公式中公式中m为物体的质量，为物体的质量，E为它具有的能量为它具有的能量mc2例例1 1 按按照照麦麦克克斯斯韦韦的的电电磁磁场场理理论论，以以下下说说法法中中正正确确的的是是( () )A A恒恒定定的的电电场场周周围围产产生生恒恒定定的的磁磁场场，恒恒定定的的磁磁场场周周围围产生恒定的电场产生恒定的电场B B变变化化的的电电场场周周围围产产生生磁磁场场，变变化化的的磁磁场场周周围围产产生生电电场场C C均均匀匀变变化化的的电电场场周周围围产产生生均均匀匀变变化化的的磁磁场场，均均匀匀变变化的磁场周围产生均匀变化的电场化的磁场周围产生均匀变化的电场D D均均匀匀变变化化的的电电场场周周围围产产生生稳稳定定的的磁磁场场，均均匀匀变变化化的的磁场周围产生稳定的电场磁场周围产生稳定的电场 题型一：对麦克斯韦电磁场理论的理解题型一：对麦克斯韦电磁场理论的理解【解解析析】根根据据麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场理理论论，恒恒定定的的电电场场(磁磁场场)不不能能产产生生磁磁场场(电电场场)；均均匀匀变变化化的的电电场场(磁磁场场)产产生生恒恒定定的的磁磁场场(电电场场)；振振荡荡的的电电场场(磁磁场场)产产生生振振荡的磁场荡的磁场(电场电场)故故A、C错误，错误，B、D正确正确【答案【答案】BD【方法与知识感悟【方法与知识感悟】对麦克斯韦电磁场理论的理解对麦克斯韦电磁场理论的理解例例2 2 下下面面列列出出一一些些医医疗疗器器械械的的名名称称和和这这些些器器械械运运用用的的物物理理现现象象请请将将相相应应的的字字母母填填写写在在运运用用这这种种现现象象的的医医疗疗器器械后面的空格上械后面的空格上(1)X(1)X光机，光机，_._.(2)(2)紫外线灯，紫外线灯，_._.(3)(3)理理疗疗医医用用“神神灯灯”照照射射伤伤口口，可可使使伤伤口口愈愈合合得得较较好好这里的这里的“神灯神灯”是利用是利用_A A光的全反射光的全反射B B紫外线具有很强的荧光作用紫外线具有很强的荧光作用C C紫外线具有杀菌消毒作用紫外线具有杀菌消毒作用题型二：电磁波波谱分析及应用题型二：电磁波波谱分析及应用DX射线的很强的贯穿力射线的很强的贯穿力E红外线具有显著的热效应红外线具有显著的热效应F红外线波长较长，易发生衍射红外线波长较长，易发生衍射【解解析析】(1)X光光机机是是用用来来透透视视人人的的体体内内器器官官的的，因因此此需需要要具具有有较较强强穿穿透透力力的的电电磁磁波波，但但又又不不能能对对人人体体造造成成太太大大的的伤伤害害，因因此此采采用用了了穿穿透透能能力力比比较较强强又又不不会会给给人人体造成太大的伤害的体造成太大的伤害的X射线，选择射线，选择D.(2)紫紫外外线线灯灯主主要要是是用用来来杀杀菌菌的的，因因此此它它应应用用的的是是紫紫外外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择C.(3)“神神灯灯”又又称称红红外外线线灯灯，主主要要是是用用于于促促进进局局部部血血液液循循环环，它它利利用用的的是是红红外外线线的的热热效效应应，使使人人体体局局部部受受热热，血液循环加快，因此选择血液循环加快，因此选择E.【答案【答案】(1)D(2)C(3)E例例3 3 如图所示，考虑几个问题：如图所示，考虑几个问题：(1)(1)如如图图所所示示，参参考考系系O O相相对对于于参参考考系系O O静静止止时时，人人看看到的光速应是多少？到的光速应是多少？(2)(2)参参考考系系O O相相对对于于参参考考系系O O以以速速度度v v向向右右运运动动，人人看看到的光速应是多少？到的光速应是多少？(3)(3)参参考考系系O O相相对对于于参参考考系系O O以以速速度度v v向向左左运运动动，人人看看到的光速又是多少？到的光速又是多少？题型三：狭义相对论题型三：狭义相对论【解解析析】根根据据狭狭义义相相对对论论理理论论，光光速速是是不不变变的的，都都应应是是c.【答案【答案】(1)c(2)c(3)c1(1)麦克斯韦电磁理论的内容是：麦克斯韦电磁理论的内容是： (2)电电磁磁波波在在传传播播过过程程中中，每每处处的的电电场场方方向向和和磁磁场场方方向向总总是是 的的，并并和和该该处处电电磁磁波波的的传传播播方方向向 ，这这就说明电磁波是就说明电磁波是_波波(3)目前雷达发射的电磁波频率多在目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至至1000 MHz的的范范围围内内，请请回回答答下下列列关关于于雷雷达达和和电电磁磁波波的的有有关问题关问题雷达发射电磁波的波长范围是多少？雷达发射电磁波的波长范围是多少？能能否否根根据据雷雷达达发发出出的的电电磁磁波波确确定定雷雷达达和和目目标标间间的的距距离离？变化的磁场产生变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场电场，变化的电场产生磁场垂直垂直垂直垂直横横2在狭义相对论中，下列哪些说法是正确的是在狭义相对论中，下列哪些说法是正确的是( )一一切切运运动动物物体体相相对对于于观观察察者者的的速速度度都都不不能能大大于于真真空空中中的光速的光速质质量量、长长度度、时时间间的的测测量量结结果果都都是是随随物物体体与与观观察察者者的的相对运动状态而改变的相对运动状态而改变的惯惯性性系系中中的的观观察察者者，观观察察一一个个与与他他做做匀匀速速相相对对运运动动的的时时钟钟时时，会会看看到到这这个个时时钟钟比比与与他他相相对对静静止止的的相相同同的的时时钟钟走得慢些走得慢些A只有只有正确正确 B只有只有正确正确C都正确都正确 D只有只有正确正确C【解析【解析】根据狭义相对论的速度变换公式可知，光速是物根据狭义相对论的速度变换公式可知，光速是物体的极限速度，体的极限速度，正确；由狭义相对论的结论：质量相对正确；由狭义相对论的结论：质量相对性，长度相对性和时间间隔的相对性可知，性，长度相对性和时间间隔的相对性可知，、均正确均正确故故C正确，正确，A、B、D均错误均错误CD 【解析【解析】公式中的公式中的m0是物体的静止质量；在是物体的静止质量；在v远小于远小于光速时，经典力学依然成立，故选项光速时，经典力学依然成立，故选项A、B错而错而C、D对对【巩固基础【巩固基础】1下列关于电磁波的说法正确的是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电磁波必须依赖介质传播B电磁波可以发生衍射现象电磁波可以发生衍射现象C电磁波不会发生偏振现象电磁波不会发生偏振现象D电磁波无法携带信息传播电磁波无法携带信息传播【解析【解析】根据电磁波的产生机理及传播特性可知，电磁波根据电磁波的产生机理及传播特性可知，电磁波传播不需要介质，选项传播不需要介质，选项A错误；干涉、衍射是电磁波和所错误；干涉、衍射是电磁波和所有波都具有的共同特性，选项有波都具有的共同特性，选项B正确；由于电磁波是横波，正确；由于电磁波是横波，故能发生偏振现象，选项故能发生偏振现象，选项C错误；电磁波能够携带图象、错误；电磁波能够携带图象、声音等信息进行传播，选项声音等信息进行传播，选项D错误错误B2下列关于电磁波的说法正确的是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电磁波在同种介质中只能沿直线传播A【解析【解析】变化的磁场就能产生电场，变化的磁场就能产生电场，A正确若只有电正确若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，化都不能产生电磁波，C错光也是电磁波，在真空和错光也是电磁波，在真空和介质中传播的速度不同，可判断介质中传播的速度不同，可判断B错错D选项中没强调选项中没强调是是“均匀均匀”介质，若介质密度不均匀会发生折射，故介质，若介质密度不均匀会发生折射，故D错错3电电磁磁波波包包含含了了射射线线、红红外外线线、紫紫外外线线、无无线线电电波波等，按波长由长到短的排列顺序是等，按波长由长到短的排列顺序是( )A无线电波、红外线、紫外线、无线电波、红外线、紫外线、射线射线B红外线、无线电波、红外线、无线电波、射线、紫外线射线、紫外线C射线、红外线、紫外线、无线电波射线、红外线、紫外线、无线电波D紫外线、无线电波、紫外线、无线电波、射线、红外线射线、红外线A【解析【解析】在电磁波家族中，按波长由长到短分别有无在电磁波家族中，按波长由长到短分别有无线电波、红外线、可见光、紫外线、线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线、射线等，射线等，所以所以A项对项对*4以下说法中正确的是以下说法中正确的是( )A光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一B拍拍摄摄玻玻璃璃橱橱窗窗内内的的物物品品时时，往往往往在在镜镜头头前前加加一一个个偏振片以增加透射光的强度偏振片以增加透射光的强度C变变化化的的电电场场一一定定产产生生变变化化的的磁磁场场；变变化化的的磁磁场场一一定产生变化的电场定产生变化的电场D紫外线是比紫外线是比X射线频率低的电磁波射线频率低的电磁波E在在同同种种均均匀匀介介质质中中传传播播的的声声波波，频频率率越越高高，波波长长越短越短ADE5 5下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )( )A A雷达是利用声波的反射来测定物体的位置雷达是利用声波的反射来测定物体的位置B B调调谐谐是是电电磁磁波波发发射射的的过过程程，调调制制是是电电磁磁波波接接收收的过程的过程C C在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，若若仅仅将将入入射射光光由由绿绿光光改改为为红光，则相邻干涉条纹间距变窄红光，则相邻干涉条纹间距变窄D D考考虑虑相相对对论论效效应应，一一沿沿自自身身长长度度方方向向高高速速运运动动的杆长总比静止时的杆长短的杆长总比静止时的杆长短D【提升能力【提升能力】6有关电磁波和声波，下列说法错误的是有关电磁波和声波，下列说法错误的是( )A电电磁磁波波的的传传播播不不需需要要介介质质，声声波波的的传传播播需需要要介介质质B由由空空气气进进入入水水中中传传播播时时，电电磁磁波波的的传传播播速速度度变变小，声波的传播速度变大小，声波的传播速度变大C电磁波是横波，声波也是横波电磁波是横波，声波也是横波D由由空空气气进进入入水水中中传传播播时时，电电磁磁波波的的波波长长变变短短，声波的波长变长声波的波长变长C【解析【解析】电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，选项而声波的传播需要介质，选项A的说法正确；电磁波由空的说法正确；电磁波由空气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，选项比其在空气中大，选项B的说法正确；电磁波的传播方向的说法正确；电磁波的传播方向与与E、B两个振动矢量的方向都垂直，是横波，而声波是纵两个振动矢量的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，选项波，选项C说法错误；电磁波由空气进入水中传播时，波说法错误；电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变小，而声波由空气进入水中传播时，波速速变小，波长变小，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变大，选项变大，波长变大，选项D的说法正确，故答案为的说法正确，故答案为C.*7用用相相对对论论的的观观点点判判断断下下列列说说法法中中，哪哪些些是是正正确确的的( )A时时间间和和空空间间都都是是绝绝对对的的，在在任任何何参参考考系系中中一一个个事事件件发生的时间和一个物体的长度总不会改变发生的时间和一个物体的长度总不会改变B在在地地面面上上的的人人看看来来，以以10 km/s的的速速度度运运动动的的飞飞船船中中的时钟会变慢，但飞船中的宇航员却看到时钟是准确的的时钟会变慢，但飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C在在地地面面上上的的人人看看来来，以以10 km/s的的速速度度运运动动的的飞飞船船在在运运动动方方向向上上的的长长度度会会变变短短，但但飞飞船船中中的的宇宇航航员员看看到到飞飞船船的长度不变的长度不变D当当物物体体运运动动的的速速度度v远远远远小小于于C时时，“长长度度缩缩短短”和和“时间延长时间延长”的效果可忽略不计的效果可忽略不计BCDAC 9在在日日常常生生活活中中，我我们们并并没没有有发发现现物物体体的的质质量量随随物体的运动的变化而变化，其原因是物体的运动的变化而变化，其原因是( )A运动物体无法称质量运动物体无法称质量B物体的速度远小于光速，质量变化极小物体的速度远小于光速，质量变化极小C物体质量太大物体质量太大D物体质量不随速度变化而变化物体质量不随速度变化而变化B1010目目前前电电能能都都是是通通过过电电网网采采用用有有线线方方式式传传输输的的人人们们一一直直梦梦想想能能无无线线传传输输电电能能，梦梦想想在在日日常常生生活活中中实实现现无无线线充充电电，甚甚至至不不用用电电池池现现在在，一一个个科科学学研研究究小小组组在在实实验验室室中中取取得得了了可可喜喜的的进进展展，也也许许，人人类类的的这这一一梦梦想不久就能实现想不久就能实现(1)(1)实实现现无无线线传传输输能能量量，涉涉及及能能量量的的 、传传播播和和接收接收(2)(2)科科学学家家曾曾经经设设想想通通过过高高耸耸的的天天线线塔塔，以以无无线线电电波波的的形形式式将将电电能能输输送送到到指指定定地地点点，但但一一直直没没有有在在应应用用层层面面上获得成功，其主要原因是这类无线电波上获得成功，其主要原因是这类无线电波( )( )A A在传输中很多能量被吸收在传输中很多能量被吸收B B在传播中易受山脉阻隔在传播中易受山脉阻隔C C向各个方向传输能量向各个方向传输能量D D传输能量易造成电磁污染传输能量易造成电磁污染发射发射C【再上台阶【再上台阶】(3)如果像无线广播那样通过天线塔输送电能，接收器如果像无线广播那样通过天线塔输送电能，接收器获得的功率获得的功率P和它到天线塔的距离和它到天线塔的距离R相关，实验测量相关，实验测量P和和R的部分数据如下表：的部分数据如下表：R(m)1245x10P(W)1600400100y2516上表中的上表中的x ，y .根据表中的数据可归纳出根据表中的数据可归纳出P和和R之间的关系式为之间的关系式为 .864PR21600(4)由于在传输过程中能量利用率过低，无线传播电能还由于在传输过程中能量利用率过低，无线传播电能还处于实验室阶段为早日告别电线，实现无线传输电能处于实验室阶段为早日告别电线，实现无线传输电能的工业化，还需解决一系列问题，请提出至少两个问题：的工业化，还需解决一系列问题，请提出至少两个问题： .仪器体积过大对人体有伤害、输送距离太短等等仪器体积过大对人体有伤害、输送距离太短等等