2018届人教版选修3-4电磁波与相对论学案

电磁波与相对论学习目标1.掌握麦克斯韦电磁场理论，知道电磁波是横波.2.了解电磁波的产生、传播、发射和接收，熟记电磁波谱.3.了解狭义相对论的基本假设和几个重要结论．重点知识解读一、电磁波的产生1．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．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完整的整体，这就是电磁场．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．6．电磁波的传播：(1)三种传播方式：天波、地波、空间波．(2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3×108m/s.7．电磁波的接收：(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路．(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫做检波，检波是调制的逆过程，也叫做解调．二、电磁波谱1．定义：按电磁波的波长从长到短的排列顺序是无线电波、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、应用三、对狭义相对论的理解 1．两个基本假设(1)相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(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相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．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v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间有如下关系：m ＝m 01－⎝⎛⎭⎫v c 2.(2)物体运动时的质量m 总要大于静止时的质量m 0. 3．相对论的质能关系用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 ＝mc 2. 考点突破高频考点一、电磁波例1．电磁波](2016·全国甲卷·34)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是________。

(填正确答案标号。

)A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失答案：ABC【变式探究】(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是________。

A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线E．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信解析：X射线的频率比较大，对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，选项A正确；根据电磁波谱的排列顺序可知：γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，选项B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越长，越容易发生衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生衍射，无线电波最容易发生衍射现象，选项C、D错误；无线电波广泛应用于通信、广播、和天体研究中，选项E正确。

答案：ABE高频考点二、相对论例2、如图所示，一束激光频率为ν0，传播方向正对卫星飞行方向，已知真空中光速为c，卫星速度为u，则卫星上观测到激光的传播速度是________，卫星接收到激光的频率ν________(选填“大于”“等于”或“小于”)ν0。

解析：由相对论光速不变原理可得激光速度为c，依据多普勒效应可知，卫星接收到激光的频率ν大于ν0。

答案：c大于【变式探究】以下关于物理学知识的叙述，其中正确的是( )A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在C．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理D．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答案BD高考真题1．【2016·全国卷Ⅱ】【物理——选修3-4】N3(1)关于电磁波，下列说法正确的是________．A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失【答案】ABC 【解析】电磁波在真空中传播速度不变，与频率无关，选项A正确；电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到，选项B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，选项C正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项D错误；电磁波具有能量，电磁振荡停止后，已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项E错误．2．【2016·北京卷】下列说法正确的是()A ．电磁波在真空中以光速c 传播B ．在空气中传播的声波是横波C ．声波只能在空气中传播D ．光需要介质才能传播3．【2016·天津卷】我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m 范围内，则对该无线电波的判断正确的是( )图1-A ．米波的频率比厘米波频率高B ．和机械波一样须靠介质传播C ．同光波一样会发生反射现象D ．不可能产生干涉和衍射现象【答案】C 【解析】根据波速、波长与频率的关系可知，波长越长的波，频率越低，所以米波的频率比厘米波的频率低，A 错误；米波和厘米波都是无线电波，传播不需要介质，B 错误；无线电波同光波一样能够发生反射、干涉和衍射现象，C 正确，D 错误．4．【2016·江苏卷】【选修3-4】(1)一艘太空飞船静止时的长度为30 m ，它以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________．A ．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 mB ．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 mC ．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD ．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c【答案】（1）B【解析】根据狭义相对论，在静止的观察者看来，沿自身长度方向运动的杆缩短．而光速相对于任何惯性系来说总是不变，故选B.1.【2015·上海·1】9．X射线A．不是电磁波B．具有反射和折射的特性C．只能在介质中传播D．不能发生干涉和衍射【答案】B【解析】X射线是波长极短的电磁波，故A错误；X射线是波长极短的电磁波，电磁波具有反射与折射的特性，B正确；X射线可以在真空中传播，故C错误；X射线是波长极短的电磁波，能发生干涉和衍射作用，故D错误。

1．（2014·天津卷）下列说法正确的是()A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立B．可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转D．观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同2．（2014·四川卷）电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是()A．电磁波不能产生衍射现象B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同【答案】C【解析】衍射现象是波的特有现象，A错误；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，B错误；遥远天体和地球的距离发生变化时，遥远天体的电磁波由于相对距离发生变化而出现多普勒效应，所以能测出遥远天体相对地球的运动速度，C正确；光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的，即光速不变原理，D错误．3．（2014·四川卷）电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是()A ．电磁波不能产生衍射现象B ．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C ．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D ． 光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同4．(2013·江苏单科·12B(2))如图3所示，两艘飞船A 、B 沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v (v 接近光速c )．地面上测得它们相距为L ，则A 测得两飞船间的距离________(选填“大于”、“等于”或“小于”)L .当B 向A 发出一光信号，A 测得该信号的速度为________．图3答案 大于 c (或光速)解析 狭义相对论的两个基本假设之一就是光速不变原理，因此A 测得信号的速度仍等于c (或光速)，根据长度的相对性得L ＝L 01－ vc2，即L 0＝L 1－ v c2>L ，则A 测得两飞船距离应大于L .5．(2013·浙江·14)关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( ) A ．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B ．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C ．太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同D ．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X 射线波长相同 答案 B解析 电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，A 选项错误；太阳光中的可见光属于电磁波，而“B 超”中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，C 选项错误；遥控器发出的红外线波长比X 射线波长大得多，D 选项错误，正确选项为B.。