高考物理 电磁场讲义 新人教版.docx

高考物理 电磁场讲义 新人教版.docx

《高考物理 电磁场讲义 新人教版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理 电磁场讲义 新人教版.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考物理电磁场讲义新人教版

2019-2020年高考物理电磁场讲义新人教版

温故自查

1．变化的磁场产生电场．

2．变化的电场产生磁场．

3．电磁场：

变化的电场和磁场总是互相联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是．

电磁场

考点精析

麦克斯韦电磁场理论

1．均匀变化的磁场产生稳定的电场，不均匀变化的磁场产生变化的电场，振荡磁场产生同频率的振荡电场．

2．均匀变化的电场产生稳定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡电场产生同频率的振荡磁场.

温故自查

1．产生：

变化的电场和磁场总是交替产生，由发生区域向周围空间传播开去，就形成．

变化的

电磁波

2．特点

（1）电磁波的传播不需要，但可以在介质中传播．

（2）如下图所示，在电磁波中每处的电场强度和磁感应强度的方向总是垂直的，并且都跟电磁波的传播方向垂直，所以电磁波是．

（3）电磁波的波速等于光速，实际上，光就是特定频率范围内的电磁波．

介质

横波

3．波速：

在真空中电磁波的波速与光速相同，在介质中传播速度小于光速．电磁波的波长、频率、波速三者之间的关系是：

λ＝.此式为真空中传播的电磁波各物理量之间的关系式．

考点精析

1．电磁波可以在真空中传播，也可以在介质中传播．

2．电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象.

温故自查

1．概念

（1）振荡电流：

大小和方向发生周期性变化的电流．它是一种频率很高的．

（2）振荡电路：

能够产生振荡电流的电路．最简单的振荡电路，就是LC回路．LC振荡电路是自感线圈和电容器组成的电路，简称．

交变电流

LC回路

（3）电磁振荡：

在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生变化，这种现象叫电磁振荡．

（4）周期和频率：

电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做，1s内完成的周期性变化的次数叫做频率．

周期性

周期

2．公式：

（电磁振荡的周期和频率公式）

3．振荡过程如图所示．

电路分析：

甲图：

电场能达到最大，磁场能为零，电路中电流i＝0

甲→乙：

电场能↓，磁场能↑，电路中电流i↑，电路中磁场能向电场能转化，叫放电过程．

乙图：

磁场能达到最大，电场能为零，电路中电流i达到最大．

乙→丙：

电场能↑，磁场能↓，电路中电流i↑，电路中磁场能向电场能转化，叫充电过程．

丙图：

电场能达到最大（与甲图的电场反向），磁场能为零，电路中电流为零．

丙→丁：

电场能↓，磁场能↑，电路中电流i↓，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程．

丁图：

磁场能达到最大，电场能为零，回路中电流达到最大（方向与原方向相反）．

丁→戊：

电场能↑，磁场能↓，电路中电流i↓，电路中磁场能向电场能转化，叫反向充电过程．

戊与甲是重合的，从而振荡电路完成了一个周期．

考点精析

1．充电完毕（放电开始）：

电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i＝0.

2．放电完毕（充电开始）：

电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大．

3．充电过程：

电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电荷量在增加．从能量看：

磁场能在向电场能转化．

4．放电过程：

电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电荷量在减少．从能量看：

电场能在向磁场能转化．

在振荡电流的形成过程中，几个主要物理量的变化情况是：

（1）电容器电荷量Q、两极间电压U、电场能E电变化规律相同．

（2）线圈中电流I、磁场能E磁变化规律相同．

（3）电容器放电时，Q、U、E电均减小，I、E磁则增大，放电结束时，Q、U、E电为零而I、E磁达最大，电容器充电时，情况相反.

温故自查

1．基本概念：

无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波．无线电波的波长从．根据波长（或频率），通常将无线电波分成几个波段，每个波段的无线电波分别有不同的用途．

几毫米到几十千米

2．无线电波的发射

无线电波的发射必须采用开放电路，如右图甲所示，开放电路由振荡器、、天线、等几部分组成．

在发射用于通信等无线电波时，必须让电磁波随各种信号而改变，这一过程叫调制．使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅，使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频．

互感线圈

地线

3．无线电波的接收

无线电波的接收必须采用调谐电路，如图乙所示，调谐电路由可变电容器、、天线、地线等几部分组成．

当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振．使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐．另外，要还原为原始的信号，还必须有检波等解调过程．

电感线圈

考点精析

1．调制与解调的区别：

在无线传播技术中，首先将声音、图象信息通过声电转换、光电转换等方式转化为电信号，但这种电信号频率较低，不能用来直接发射电磁波，所以要把传递的低频信息加载到高频信息上，使电磁波的频率或振幅随各种信号而改变，使调频电磁波能够载着低频电信号发射和传播，这种方法叫调制．从接收到的调频振荡中分享出来所携带的信号的过程叫检波，也叫解调．

2．调幅与调频的区别：

让高频电磁波的振幅随信号的强弱变化而变化的调制过程叫调幅．一般地，广播电台的中波、短波广播以及电视广播中的图象信号都是采用调幅波；让高频电磁波的频率随信号变化而变化的调制过程叫调频．一般的，广播电台的立体声广播以及电视广播中的伴音广播都是采用调频波的.

温故自查

1．电视

在电视的发射端，用摄像管将光信号转换为电信号，利用电信号对高频振荡进行调制然后通过天线把带有信号的电磁波发射出去；在电视的接收端，通过调谐、检波、解调等过程将电信号送到显像管，再由显像管将电信号还原成图像．

2．雷达

雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，是利用电磁波遇到障碍物后发生反射的现象工作的．电磁波是振荡器输出的高频振荡电流通过感应耦合传输给开放电路．实现电磁波向四周的发射；在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波．

考点精析

1．电视系统是将图像和伴音信号转变为电信号，调制到高频电磁波上经过发射、接收，然后再还原成图像和伴音的装置．

2．雷达用的是微波波段，因为电磁波波长越短，传播的直线性越好，反射性能越强，所以雷达用的是微波波段.

温故自查

1．电磁波按波长由大到小的顺序为：

无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．2．不同电磁波产生机理不同：

无线电波由振荡电路中自由电子的周期性运动产生；可见光由原子的外层电子受激后产生；X射线由原子的内层电子受激后产生；γ射线是原子核受到激发后产生的．

3．不同电磁波的特性不同：

无线电波易发生干涉和衍射．红外线有显著热作用；可见光可引起视觉反应；紫外线有显著的化学作用；X射线的穿透能力很强；γ射线的穿透能力更强．

4．各种电磁波的产生机理及性质

电磁波

产生机理

特性

应用

无线电波

LC电路中的

周期性振荡

波动性强

无线电技术

红外线

原子的最外层电子受激发后产生的

热作用显著，衍射性强

加热，高空摄影，红外遥感

可见光

引起视觉产生色彩效应

照明，摄影，光合作用

紫外线

化学、生理作用显著，能产生荧光效应

日光灯，医疗上杀菌消毒，治疗皮肤病，软骨病等

伦琴射线

原子的内层电子受激发后产生的

穿透本领很大

医疗透视，工作探伤

γ射线

原子核受激发后产生的

穿透本领最强

探伤，对生物组织的物理、化学作用，医疗上杀菌消毒

考点精析

1．红外线辐射的应用

所谓热辐射，主要就是指红外线辐射．红外线在生产和军事上有着重要应用．例如用红外线烘干油漆，干得快、质量好；由于坦克、舰艇、人体等一切物体都在不停地发射红外线，并且不同的物体所辐射的红外线，其波长和强度不同，故在夜间或浓雾天气可通过红外线探测器来接收信号，并用电子仪器对接收到的信号进行处理，或用对红外线敏感的照相底片进行远距离摄影和高空摄影，就可察知物体的形状和特征．这种技术称为红外线遥感．

利用遥感技术可在飞机或卫星上勘测地形、地貌，监测森林火情和环境污染，预报台风、寒潮，寻找水源或地热等．此外，根据物质对红外线的吸收情况，可以研究物质的分子结构．

2．可见光

在电磁波谱中，可见光只占很小的波段，即波长范围在400～760nm之间，这些电磁波能使人眼产生视觉．人眼所看见的不同颜色的光，实际上是不同波长的电磁波，白光则是各种颜色（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）的可见光的混合．波长最长的可见光是红光（λ＝630～760nm），波长最短的光是紫光（λ＝400～430nm）．

3．紫外线

在医疗上有其应用；许多昆虫对紫外线特别敏感，可用紫外灯来诱捕害虫；紫外线还会引起强烈的化学作用，使照相底片感光．另一方面，波长为290～320nm的紫外线，对生命有害．臭氧对太阳辐射的紫外线的吸收能力极强，有95%以上可被它吸收．臭氧层在地球上方10～50km之间，它是地球生物的保护伞．

（1）紫外线具有化学作用，可利用紫外线杀菌消毒．

（2）紫外线有显著的生理作用，能促进人体对钙的吸收，改善人的身体健康．

（3）紫外线具有荧光作用，可以用来设计防伪措施．

4．伦琴射线

X射线又称伦琴射线（欲称X光），是波长比紫外线更短的电磁波．它一般是由伦琴射线管产生的，也可由高速电子流轰击金属靶产生，它是由原子中的内层电子发射的．X射线具有很强的穿透能力，能使照相底片感光、使荧光屏发光．这种性质，在医疗上广泛用于透视和病理检查；工业上可作为工业探伤等无损检测的必要手段．由于X射线的波长与晶体中原子间距的线度相当，也常被用来分析晶体结构．

5．γ射线

γ射线是一种比X射线波长更短的电磁波．它的波长在0.3nm以下．它来自宇宙射线或是由某些放射性元素在衰变过程中放射出来的．γ射线的能量极高，穿透能力比X射线更强，也可用于金属探伤等．通过对γ射线的研究，还可帮助了解原子核的结构．此外，原子武器爆炸时，有大量γ射线放出.

温故自查

1．经典相对性原理

（1）惯性系：

如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．

（2）伽利略相对性原理：

力学规律在任何惯性系中都是相同的．

惯性系

2．狭义相对论的两个基本假设

（1）爱因斯坦相对性原理：

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．

考点精析

1．惯性系和非惯性系的区别

牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立，这里加速的车厢就是非惯性系。

2．伽利略相对性原理和其他表述

（1）在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动。

（2）任何惯性系都是平权的．

2．伽利略相对性原理和其他表述

（1）在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动。

（2）任何惯性系都是平权的．

温故自查

1．时间的相对性

（1）同时的相对性：

在一个惯性参考系中“同时”发生的两个事件，在另一个惯性参考系中可能是不同时的，即同时是相对的．

（2）时间间隔的相对性：

当从地面观察以速度v前进的火车时，车上的时间进程变慢了，不仅时间变慢了，物理、化学过程和生命的过程都变慢了．这称为时间膨胀．

2．空间的相对性

（1）长度的相对性：

相对地面以速度v运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短的越多．

（2）相对论速度叠加公式：

以高速火车为例，车对地的速度为v，车上的人以u′的速度沿火车前进的方向相对火车运动，则人对地的速度若人相对火车反向运动，u′取负值．根据此式，若u′＝c，则u＝c，那么c在任何惯性系中都是相同的．

考点精析

1．经典物理学时空观与相对论时空观的区别

经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间是没有联系的．而相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关．在一个确定的参考系中观察，运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关．相对论更具有普遍性，经典物理学时空观是相对论在低速运动时的特例．

2．“同时”的相对性理解

狭义相对论的时空观认为：

同时是相对的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的．用爱因斯坦列车加以说明：

如下图所示，火车以v匀速直线运动，车厢中央有一闪光灯发出光信号，光信号到车厢前壁为事件1，到后壁为事件2；地面为S系，列车为S′系．

在S′系中，A以速度v向光接近，B以速度v离开光，事件1与事件2同时发生．

在S系中，光信号相对车厢的速度v1′＝c－v，v2′＝c＋v，事件1与事件2不是同时发生．即S′系中同时发生的两个事件，在S系中观察却不是同时发生的．因此，“同时”具有相对性．

3．长度收缩的理解

观察者与被测物体有相对运动时，长度的测量值等于其原长的倍，即物体沿运动方向缩短了，这就是洛伦兹收缩（长度缩短）．

（1）观察运动的物体其长度要收缩，收缩只出现在运动方向．固有长度值最大．如下图所示．

（2）低速空间相对论效应可忽略．

（3）长度收缩是相对的，K系认为静止在K′系中的尺收缩，反之，K′系认为静止在K系中的尺收缩.

温故自查

1．相对论质量：

以速度v高速运动的物体的质量m和静止时的质量m0有如下关系：

2．质能方程：

爱因斯坦质能方程E＝mc2.那么物体运动时的能量E和静止时的能量E0的差就是物体的动能，即Ek＝E－E0.代入质量关系：

命题规律　根据麦克斯韦电磁理论，判断是否产生电磁波．

[考例1]　如图所示的LC振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路的电流正在增强，则此时（　　）

A．a点电势比b点高

B．电容器两极板间场强正在减小

C．电路中电场能正在增大

D．线圈中感应电动势正在减小

[解析]　根据安培定则，线圈中的电流从b到a，此时电流正在增强，表明电容器正在放电，所以下板带正电，上板带负电．a点电势比b点低，电容器两极板间场强正在减小，电场能在减小，电流放电变慢，线圈中感应电动势变小．

[答案]　BD

[总结评述]　本题中判断感应电动势的大小变化有两种方法：

一种是根据感应电动势的大小等于电容器两极板间的电压来判断，另一种方法就是根据电流的变化快慢来判断．

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同频率振荡的磁场

D．振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场

[解析]　

（1）变化的磁场能够在周围空间产生电场；变化的电场能够在周围空间产生磁场．

（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）振荡的磁场能够在周围空间产生同频率的振荡电场；振荡的电场能够在周围空间产生同频率的振荡磁场．由上述规律可知D选项正确．

[答案]　D

命题规律　考查雷达的工作原理及应用．

[考例2]　（xx·上海理科）红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．如图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为

（　　）

A．2.5μm～3.5μm　　　B．4μm～4.5μm

C．5μm～7μmD．8μm～13μm

[解析]　由图可知，8μm～13μm的波段被水和二氧化碳吸收得较少，能够接收到，故D正确．

[答案]　D

某雷达工作站，发射电磁波的波长为λ＝20cm，每秒脉冲数n＝5000，每个脉冲持续时间t＝0.02μs，问电磁波的频率为多少？

最大的侦察距离是多少？

[解析]　由于电磁波的波长、频率和波速之间满足关系v＝λf，真空中电磁波的传播速度等于光速，一般在空气中传播，电磁波的传播速度就认为等于光速v＝3.0×108m/s，因此f＝＝1.5×109Hz，即电磁波频率为1.5×109Hz.雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续t＝0.02μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量，设最大侦察距离为s，则2s＝vΔt，而Δt＝1/5000s＝200μs,0.02μs（脉冲持续时间可以略去不计），所以s＝vΔt/2＝3×104m.

[答案]　15.×109Hz　3×104m

命题规律　考查时间相对性、空间相对性的简单计算．

[考例3]　在6000m的高空大气层中产生了一个π介子，以速度v＝0.998c飞向地球，π介子在自身静止参照系中的寿命为Δτ＝2×10－6s，问在地球上的观察者和π介子静止参照系中的观察者看来，π介子能否到达地球．

[解析]　在地球参照系，根据时间间隔的相对性有：

\

地球上的观察者得到π介子的寿命为

飞行距离：

d＝v·Δt＝9.48×103m>6000m

∴π介子可以到达地球

在π介子静止参照系，根据长度的相对性

π介子到地球的距离为

∴π介子可以到达地球

[答案]　可以

一枚静止时长30m的火箭以3km/s的速度从观察者的身边掠过，火箭上的人测得火箭的长度为多少？

如果火箭的速度为光速的二分之一时，观察者测得火箭的长度为多少？

[解析]　火箭相对于火箭上的人是静止的，所以不管火箭的速度是多少，火箭上的人测得的火箭长与静止时相同，为l0＝30m.如果火箭的速度为v＝，地面观察者测

地面观察者测得的火箭长l为

[答案]　30m　26m

命题规律　考查质能方程的简单应用．

[考例4]　一电子（m0＝9.1×10－31kg）以0.99c的速率运动．问：

（1）电子的总能量是多大？

（2）电子的经典力学的动能与相对论的动能之比是多大？

[解析]　

（1）电子的总能量为：

×（3×108）2J≈5.8×10－13J

（2）电子的经典力学动能为Ek＝m0v2＝m0（0.99c）2

相对论的动能为：

Ek′＝E－E0＝mc2－m0c2

[答案]　

（1）5.8×10－13J　

（2）0.08

[总结评述]　质能方程E＝mc2表明物体具有的总能量与它的质量之间存在正比关系，运动物体动能为总能量与静止时的能量差，即Ek＝E－E0＝mc2－m0c2.

联合国将xx年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，以下看法中正确的是（　　）

A．E＝mc2表明物体的能量与其质量成正比

B．E＝mc2中的E表示发生核反应过程中释放的核能

C．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能

D．ΔE＝Δmc2表示发生的质量亏损Δm转变为能量ΔE释放出来

[解析]　爱因斯坦质能方程E＝mc2表明物体的能量与它的质量之间存在正比关系，并不是指核反应过程中释放的核能，故A正确，B错误．ΔE＝Δmc2中的Δm不一定是指质量亏损，也可能是增加的质量，它描述的是Δm与ΔE的对应关系．故C正确，D错误．

[答案]　AC

2019-2020年高考物理电荷及其守恒定律和库仑定律学案

1．电荷

（1）自然界存在着两种电荷，它们分别为_________和_________。

用______摩擦过的__________上带的电荷叫负电荷；用_______摩擦过的__________上带的电荷叫正电荷。

同种电荷互相_________，异种电荷互相__________。

（2）电荷量是指_______________，单位是________,简称______，单位符号是______。

物体不带电的实质是___________________；物体带电实质是___________________。

（3）电子所带电荷量e=1.60×10－19C，实验表明：

所有带电体的电荷量_____e或是e的______，因此_____________称为元电荷。

（4）如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体__________________可忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷。

点电荷是________________________，实际不存在。

2．电荷守恒定律

（！

）________________叫做起电，物体有三种起电方式，分别是①__________________；

②____________________；③___________________。

（2）放在电场中的导体________________________________________的现象叫静电感应。

（3）电荷既不能创造，也不能消灭，它们只能从__________转移到__________,或者从____________________，此结论叫电荷守恒定律。

两个带有异种电荷的导体，接触后先发生正负电荷的________，然后再进行电荷的_______,若不受外界影响，两个外形完全相同的导体接触后所带电荷量__________。

3、库仑定律

（1）真空中两个点电荷间的相互作用力，跟_______________________成正比，跟_____

______________________成反比，作用力的方向在________________________________。

数学表达式为：

_______________________。

（2）库仑定律适用于___________________________________。

对可以视为点电荷的两个带电体间也可用库仑定律。

（3）k为静电常量，它是由________________________________决定的，在国际单位制中k=________________，它的单位为导出单位。

k的物理意义是________________________。

电荷及其守恒定律和库仑定律学案

1．电荷

（1）自然界存在着两种电荷，它们分别为_________和_________。

用______摩擦过的__________上带的电荷叫负电荷；用_______摩擦过的__________上带的电荷叫正电荷。

同种电荷互相_________，异种电荷互相__________。

（2）电荷量是指_______________，单位是________,简称______，单位符号是______。

物体不带电的实质是___________________；物体带电实质是___________________。

（3）电子所带电荷量e=1.60×10－19C，实验表明：

所有带电体的电荷量_____e或是e的______，因此_____________称为元电荷。

（4）如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体__________________可忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷。

点电荷是_____________________