2019年高考物理一轮复习讲义：第16章 第3讲《电磁波》(含解析)

第3讲　电磁波

板块一　主干梳理·夯实基础

【知识点1】　变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场电磁波的产生、发射、接收及其传播Ⅰ

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、偏振和衍射等现象。

4．发射电磁波的条件

(1)要有足够高的振荡频率；

(2)必须是开放电路，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＝3.0×108 m/s。

7．电磁波的接收

(1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相等时，接收电路中产生的振荡电流最强，这就是电谐振现象。

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。

(3)从经过调制的高频振荡电流中还原出调制信号的过程叫作解调，解调是调制的逆过程，调幅波的解调也叫作检波。

8．电磁波的应用

电视、雷达和移动电话。

【知识点2】　电磁波谱　Ⅰ

1．定义

按电磁波的波长从长到短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

【知识点3】　狭义相对论的基本假设'质速关系

爱因斯坦质能方程　Ⅰ

1.狭义相对论的两个基本假设

(1)狭义相对性原理：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m0之间有如下关系：

m＝。

(2)物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0。

3．爱因斯坦质能方程

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＝mc2。

该式表明，物体的能量与质量之间成简单的正比关系。

板块二　考点细研·悟法培优

考点1电磁场和电磁波[深化理解]

1．感应电场与静电场的区别

变化的磁场产生的电场叫做感应电场，也叫涡旋场，它和静电场一样，处于感应电场中的电荷受力的作用，且F＝Eq。

感应电场与静电场的区别主要有以下几点：

(1)静电场的电场线是非闭合曲线，而感应电场的电场线是闭合曲线。

(2)静电场中有电势的概念，而感应电场中无电势概念。

(3)在同一静电场中，电荷运动一周(曲线闭合)，电场力做功一定为零；而在感应电场中，电荷沿闭合曲线运动一周，电场力做功不一定为零。

(4)静电场的“源”起于“电荷”，而感应电场的“源”起于变化的磁场。

2．电磁波的传播及波长、频率、波速

(1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。

(2)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。

(3)三者关系v＝λf，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f＝，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ。

3．对电磁波谱的四点说明

(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。

(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。

(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。

(4)电磁波的能量随频率的增大而增大。

例1　(多选)关于电磁场和电磁波，正确的说法是(　　)

A．只有不均匀变化的磁场，才能在其周围空间产生电场

B．电磁波的频率等于激起电磁波的振荡电流的频率

C．电磁波的传播不需要介质

D．电磁波的传播速度一定是3×108 m/s

(1)怎样才能产生电磁波？

提示：只有周期性变化的电场激发出周期性变化的磁场，这个周期性变化的磁场又激发出周期性变化的电场，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向外传播形成电磁波。

(2)电磁波的波速受哪些因素的影响？

提示：波长、频率，其中波长与介质有关。

尝试解答　选BC。

只有周期性变化的磁场，才能在其周围产生同周期的变化的电场，从而形成周期性变化的电磁波，B正确。只要是变化的磁场，在其周围就能产生电场，A错误。电磁波的传播不需要介质，C正确。电磁波的传播速度只有在真空中才是3×108 m/s，而在其他介质中不是3×108 m/s，D错误。

　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

B．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

D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播

答案　A

解析　均匀变化的磁场能在空间产生恒定的电场，A正确。电磁波的传播速度取决于频率和介质，B错误。必须有周期性变化的电场和磁场才能产生电磁波，C错误。电磁波在同种均匀介质中才能沿直线传播。

考点2狭义相对论的简单应用[解题技巧]

1．速度变换公式u＝

若u′＝v＝c时，u＝c，从而证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变原理。其中u表示物体相对参考系的速度，v表示两参考系的相对速度。

2．相对论质量m＝

从上式可以看出，当物体(一般是粒子)的速度很大时，其运动时的质量明显大于静止时的质量。

3．质能方程E＝mc2

含义：反映物体质量和能量之间的关系。

由此会有两种能量表达：静止时的能量和运动时的能量；两能量之差就是物体的动能Ek，即Ek＝E－E0。

4．对“时间间隔的相对性”的理解：时间间隔的相对性公式：Δt＝中Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt则是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫作狭义相对论中的时间膨胀。(动钟变慢)

5．对“长度的相对性”的理解：狭义相对论中的长度公式：l＝l0中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可认为是杆沿杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度。

例2　(1)一列火车以速度v匀速行驶，车头、车尾各有一盏灯，某时刻路基上的人看见两灯同时亮了，那么车厢中的人看见的情况是什么呢？

(2)一张宣传画是边长为5 m的正方形，一高速列车以2×108 m/s速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？

(3)远方的一颗星以0.8c的速度离开地球，在地球上测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？

(1)相对长度公式l＝l0中l和l0的物理意义是什么？

提示：l表示沿着杆的长度方向与杆相对运动的观察者认为的杆的长度，l0表示与杆相对静止的观察者认为的杆的长度。

(2)相对时间间隔公式Δt＝中Δt和Δτ的物理意义是什么？

提示：Δt表示以速度v高速运动的惯性系中观测的时间间隔，Δτ表示在与两个事件相对静止的惯性系中观察的时间间隔。

尝试解答　(1)车头的灯先亮__(2)3.7×5_m2的画__(3)3昼夜。

(1)由同时的相对性可知车头的灯先亮。

(2)l＝l0＝5× m≈3.7 m，在垂直运动方向上，长度没有变化，所以看到的是一张面积为3.7×5 m2的宣传画。

(3)因为Δt＝，所以Δτ＝Δt·，Δt＝5昼夜，v＝0.8c，所以Δτ＝5×＝3昼夜。

　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

答案　C

解析　由“时间间隔的相对性”公式Δt＝可知，在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，所以地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快，C正确，A、B、D错误。