高考物理一轮复习考点解析学案专题电磁波与相对论.docx
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高考物理一轮复习考点解析学案专题电磁波与相对论
【2015高考考纲解读】
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．
【2014高考在线】
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
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
【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．
【重点知识梳理】
一、电磁振荡
1．振荡电路：
大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流，能够产生振荡电流的电路叫振荡电路，LC回路是一种简单的振荡电路。
2．LC回路的电磁振荡过程：
可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律，如图所示
3．LC回路的振荡周期和频率
注意：
（1）LC回路的T、f只与电路本身性质L、C有关
（2）电磁振荡的周期很小，频率很高，这是振荡电流与普通交变电流的区别。
分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）：
⑴理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中的总和不变。
⑵回路中电流越大时，L中的磁场能越大（磁通量越大）。
⑶极板上电荷量越大时，C中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）。
LC回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数（见右图）。
i
q
t
t
o
o
放电充电放电充电
【例1】某时刻LC回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如右图所示。
则这时电容器正在_____（充电还是放电），电流大小正在______（增大还是减小）。
【例2】右边两图中电容器的电容都是C=4×10-6F，电感都是L=9×10－4H，左图中电键K先接a，充电结束后将K扳到b；右图中电键K先闭合，稳定后断开。
两图中LC回路开始电磁振荡t=3.14×10－4s时刻，C1的上极板正在____电（充电还是放电）,带_____电（正电还是负电）；L2中的电流方向向____（左还是右），磁场能正在_____（增大还是减小）。
q，i
Ot
5T/6
二、电磁场
1．麦克斯韦的电磁场理论
要深刻理解和应用麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：
变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。
（1）变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（磁场）；
（2）均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）；
（3）振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）；
可以证明：
振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场。
变化的磁场在周围空间激发的电场为涡旋电场，涡旋电场与静电场一样，对电荷有力的作用，但涡旋电场又于静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的，在涡旋电场中移动电荷时，电场力做的功与路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。
另外要用联系的观点认识规律，变化的磁场产生电场是电磁感应现象的本质。
【例3】右图中，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（）
v0
B
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
2．电磁场：
按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，称为电磁场。
电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。
理解电磁场是统一的整体：
根据麦克斯韦电磁场理论的两个要点：
在变化的磁场的周围空间将产生涡漩电场，在变化的电场的周围空间将产生涡漩磁场．当变化的电场增强时，磁感线沿某一方向旋转，则在磁场减弱时，磁感线将沿相反方向旋转，如果电场不改变是静止的，则就不产生磁场．同理，减弱或增强的电场周围也将产生不同旋转方向的磁场．因此，变化的电场在其周围产生磁场，变化的磁场在其周围产生电场，一种场的突然减弱，导致另一种场的产生．这样，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场链一环套一环，如下图所示．需要注意的是，这里的电场和磁场必须是变化的，形成的电磁场链环不可能是静止的，这种电磁场是无源场（即：
不是由电荷激发的电场，也不是由运动电荷-电流激发的磁场．），并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体．在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播．
3．电磁波
变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。
（1）有效地发射电磁波的条件是：
①频率足够高（单位时间内辐射出的能量P∝f4）；②形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）。
（2）电磁波的特点：
①电磁波是横波。
在电磁波传播方向上的任一点，场强E和磁感应强度B均与传播方向垂直且随时间变化，因此电磁波是横波。
②电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。
在真空中的波速为c=3.0×108m/s。
③波速和波长、频率的关系：
c＝λf
注意：
麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在
（3）电磁波和机械波有本质的不同
4．无线电波的发射和接收
（1）无线电波：
无线电技术中使用的电磁波
（2）无线电波的发射：
如图所示。
①调制：
使电磁波随各种信号而改变
②调幅和调频
（3）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相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振。
②调谐：
使接收电路产生电谐振的过程。
调谐电路如图所示。
通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率。
③检波：
从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号。
4.电磁波的应用
广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用。
雷达：
无线电定位的仪器，波位越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能强，多数的雷达工作于微波波段。
缺点，沿地面传播探测距离短。
中、长波雷达沿地面的探测距离较远，但发射设备复杂。
【例4】一台收音机，把它的调谐电路中的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出，仍然收不到某一较高频率的电台信号。
要想收到该电台信号，应该______（增大还是减小）电感线圈的匝数。
【高频考点突破】
考点一电磁场理论
例1关于麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是（）
A．在赫兹发现电磁波的实验基础上，麦克斯韦提出了完整的电磁场理论；
B．变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场；
C．变化的电场可以在周围的空间产生磁场；
D．麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在，赫兹第一个用试验证明了电磁波的存在．
考点二电磁振荡与电磁波
例2、如图所示是LC振荡电路及其中产生的振荡电流随时间变化的图象，电流的正方向规定为顺时针方向，则在t1到t2时间内，电容器C的极板上所带电量及其变化情况是
A．上极板带正电，且电量逐渐增加
B．上极板带正电，且电量逐渐减小
C．下极板带正电，且电量逐渐增加
D．下极板带正电，且电量逐渐减小如图
解析：
t1到t2时间内，电流为负且增大，即逆时针增大，说明负电荷正由下极板向上极板移动，由此可知上极板带正电，且其所带正电荷量逐渐减小。
【答案】B
【变式探究】关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（）
A．均匀变化的电场在它的周围产生均匀变化的磁场
B．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直
C．电磁波和机械波一样依赖于媒质传播
D．只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波
考点三电磁波谱
例3、2008年9月27日，我国神舟七号航天员翟志刚首次实现了中国航天员在太空的舱外活动（如图所示），神舟七号载人航天飞行取得了圆满成功，这是我国航天发展史上的又一里程碑。
舱外的航天员与舱内的航天员近在咫尺，但要进行对话，一般需要利用（）
A．紫外线
B．无线电波
C．γ射线
D．X射线
解析：
根据电磁波谱理论可知，无线电波的波长最大，最容易发生衍射，因此，其信号更容易在对话中被捕捉，从而有利于保证通话的质量。
【答案】B
考点4电磁波、电磁波谱
例5、目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内．下列关于雷达和电磁波说法正确的是（ ）
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3m至1.5m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
【经典考题精析】
（2013·四川卷）如图所示，竖直平面（纸面）内有直角坐标系xOy，x轴沿水平方向．在x≤0的区域内存在方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B1的匀强磁场．在第二象限紧贴y轴固定放置长为l、表面粗糙的不带电绝缘平板，平板平行于x轴且与x轴相距h.在第一象限内的某区域存在方向相互垂直的匀强磁场（磁感应强度大小为B2、方向垂直于纸面向外）和匀强电场（图中未画出）．一质量为m、不带电的小球Q从平板下侧A点沿x轴正向抛出；另一质量也为m、带电量为q的小球P从A点紧贴平板沿x轴正向运动，变为匀速运动后从y轴上的D点进入电磁场区域做匀速圆周运动，经
圆周离开电磁场区域，沿y轴负方向运动，然后从x轴上的K点进入第四象限．小球P、Q相遇在第四象限的某一点，且竖直方向速度相同．设运动过程中小球P电量不变，小球P和Q始终在纸面内运动且均看作质点，重力加速度为g.求：
（1）匀强电场的场强大小，并判断P球所带电荷的正负；
（2）小球Q的抛出速度v0的取值范围；
（3）B1是B2的多少倍？
联立相关方程，解得
B1＝
B2
B1是B2的0.5倍．
（2013·四川卷）下列关于电磁波的说法，正确的是（ ）
A．电磁波只能在真空中传播
B．电场随时间变化时一定产生电磁波
C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
（2011·江苏·12B
（1））如图2所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是（ ）
图2
A．同时被照亮B．A先被照亮
C．C先被照亮D．无法判断
【当堂巩固】
1．根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法中正确的是（ ）
A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D．振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场
答案：
D
2．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．电磁波是横波
B．电磁波的传播需要介质
C．电磁波能产生干涉和衍射现象
D．电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直
答案：
ACD
3．电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是（ ）
A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线
解析：
选A.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、X射线、γ射线等，所以A项对．
4．关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．雷达是用X光来测定物体位置的设备
B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调
C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
D．变化的电场可以产生变化的磁场
5．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来，形成了范围非常广阔的电磁波谱，不同的电磁波产生的机理不同，表现出的特性也不同，因而其用途也不同．下列应用中符合实际的是（ ）
A．医院里常用红外线对病人进行透视
B．医院里常用紫外线照射病房和手术室进行消毒
C．用X射线处理医院排放的污水，可杀死各种病原体，保护环境免受污染
D．用γ射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存
答案：
BD
6．属于狭义相对论基本假设的是：
在不同的惯性系中（ ）
A．真空中光速不变 B．时间间隔具有相对性
C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比
解析：
选A.狭义相对论的两条假设分别是：
在任何惯性系中真空中的光速不变和一切物理规律相同．
7．如图3－3所示，强强乘坐速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c.强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为（ ）
图3－3
A．0.4c B．0.5c
C．0.9cD．1.0c
解析：
选D.根据爱因斯坦狭义相对论光速不变原理可知．
8.如图3－4所示，一根10m长的梭镖以相对论速度穿过一根10m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的．以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况（ ）
图3－4
A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它
B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来
C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖
D．所有这些都与观察者的运动情况有关
9．有两只对准的标准钟，一只留在地面上，另一只放在高速飞行的飞船上，则下列说法正确的是（ ）
A．飞船上的人看到自己的钟比地面上的钟走得慢
B．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得慢
C．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快
D．因为是两只对准的标准钟，所以两钟走时快慢相同
10．根据气体吸收谱线的红移现象推算，有一类星体远离我们的速度高达光速c的80%，即每秒24万公里．则在该类星体上测得它发出光的速度是________，我们观测到它的体积比它实际体积________（填“大”或“小”），该类星体上的π介子平均寿命比在地球上________（填“长”或“短”）．
解析：
本题考查了狭义相对论中光速不变，长度变短，时间变长三个结论．
答案：
c 小 长
11．
（1）麦克斯韦电磁理论的内容是：
________________________________________
________________________________________________________________________.
（2）电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是与该处电磁波的传播方向________，这就说明电磁波是________波．
（3）目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内，请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题．
①雷达发射电磁波的波长范围是多少？
②能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？
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