電磁波與相對(duì)論

1、第5課時(shí)電磁波與相對(duì)論【導(dǎo)學(xué)目標(biāo)】1.掌握麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)要點(diǎn)，理解電磁波的概念.2.掌握電磁波的產(chǎn)生 及其傳播、發(fā)射和接收，掌握電磁波譜.3.掌握狹義相對(duì)論的基本假設(shè)和幾個(gè)重要結(jié)論，以及 相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系式.一、電磁場(chǎng)與電磁波基礎(chǔ)導(dǎo)引麥克斯韋關(guān)于電磁場(chǎng)理論的主要論點(diǎn)是什么？請(qǐng)用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論說明電磁波是 怎樣產(chǎn)生的.知識(shí)梳理麥克斯韋電磁場(chǎng)理論變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng).電磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng) 成為一個(gè)完整的整體，這就是電磁場(chǎng).電磁波電磁場(chǎng)(電磁能量)由近及遠(yuǎn)地傳播形成電磁波.電磁波是波，在空間傳播 介質(zhì).真空

2、中電磁波的速度為 m/s.二、無線電波的發(fā)射和接收知識(shí)梳理發(fā)射電磁波的條件要有足夠高的振蕩頻率；電路必須開放，使振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散到盡可能大的空間. 調(diào)制有 和 兩種方式，是調(diào)制的逆過程.三、相對(duì)論的簡(jiǎn)單知識(shí)基礎(chǔ)導(dǎo)引火箭以0.75c的速度離開地球，從火箭上向地球發(fā)射一個(gè)光信號(hào).火箭上測(cè)得光離開的 速度是c，根據(jù)過去熟悉的速度合成法則，光到達(dá)地球時(shí)地球上測(cè)得的光速是多少？根 據(jù)狹義相對(duì)論原理呢？知識(shí)梳理狹義相對(duì)論的基本假設(shè)(1)在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的.(2 )真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的.，、 一，A T 時(shí)間間隔的相對(duì)性At=.長(zhǎng)度的相對(duì)性l = l0

3、：1-輸2.4.相對(duì)論的速度變換公式=匕共.,u v1+ c25.相對(duì)論質(zhì)量6.質(zhì)能方程E=mc2.課堂探究-突破考點(diǎn)先做后聽共同探究規(guī)律方法考點(diǎn)一 對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論與電磁波的理解【考點(diǎn)解讀】2.對(duì)電磁波的理解電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度是 相同的(都等于光速).不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，速度越小.(3g = f, f是電磁波的頻率，即為發(fā)射電磁波的LC振蕩電路的頻率了=2；云，改變L或C即可改變方從而改變電磁波的波長(zhǎng)久【典例剖析】例1A.B.C.(1)某空間出現(xiàn)了如圖1所示的一組閉合的電場(chǎng)線，這可能是沿AB方

4、向磁場(chǎng)在迅速減弱沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng)沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng)沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱D.(2)目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200 MHz至1 000 MHz的范圍內(nèi).請(qǐng)回答下列關(guān)于雷 達(dá)和電磁波的有關(guān)問題.雷達(dá)發(fā)射電磁波的波長(zhǎng)范圍是多少？能否根據(jù)雷達(dá)發(fā)出的電磁波確定雷達(dá)和目標(biāo)間的距離？跟蹤訓(xùn)練1某電路中電場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖象如下圖所示，能產(chǎn)生電磁波的電場(chǎng)是()考點(diǎn)二 電磁波譜的分析及電磁波的應(yīng)用【考點(diǎn)解讀】電磁波譜頻率/Hz真空中波長(zhǎng)/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波10-3波動(dòng)性強(qiáng)，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)0直衍線射傳能播力能減 增 弱強(qiáng)紅外線1011 -101510-3 10-7熱效應(yīng)紅外遙感可見

5、光101510-7引起視覺照明、攝影紫外線1015 101710-7 10-9化學(xué)效 應(yīng)、熒光 效應(yīng)、滅 菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016 101910-8 10-11貫穿性強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視y射線101910-11貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療特別提醒1.波長(zhǎng)不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性.其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無線電波和紅外線等， 易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長(zhǎng)較短的紫外線、X射線、Y射線等，穿透能力較強(qiáng).2.電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長(zhǎng)并沒有很明顯的界線，如紫外線和乂射線、 X射線和y射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同.【典例剖析】例2日前電能都是通過電網(wǎng)采用有線方式傳輸?shù)?人們一直夢(mèng)想無線

6、傳輸電能，夢(mèng)想在日 常生活中實(shí)現(xiàn)無線充電，甚至不用電池.現(xiàn)在，一個(gè)科學(xué)研究小組在實(shí)驗(yàn)室中取得了可喜 的進(jìn)展，也許，人類的這一夢(mèng)想不久就能實(shí)現(xiàn).實(shí)現(xiàn)無線傳輸能量，涉及能量的、傳播和接收.科學(xué)家曾經(jīng)設(shè)想通過高聳的天線塔，以無線電波的形式將電能輸送到指定地點(diǎn)，但一直沒有在應(yīng)用層面上獲得成功，其主要原因是這類無線電波()在傳輸中很多能量被吸收在傳播中易受山脈阻隔向各個(gè)方向傳輸能量傳輸能量易造成電磁污染如果像無線廣播那樣通過天線塔輸送電能，接收器獲得的功率P和它到天線塔的距離s 相關(guān)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量P和s的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表：s(m)1245X10P(W)1 600400100y2516上表中的x=根據(jù)表中的數(shù)據(jù)

7、可歸納出P和s之間的關(guān)系式為.為研究無線傳輸電能，某科研小組在實(shí)驗(yàn)室試制了無線電能傳輸裝置，在短距離內(nèi)點(diǎn) 亮了燈泡，如圖2所示.實(shí)驗(yàn)測(cè)得，接在乙線圈上的用電器獲得的電能為輸入甲線圈電能 的 35%.圖2若用該裝置給充電功率為10 W的電池充電，則損失的功率為 W.若把甲線圈接入電壓為220 V的電源，測(cè)得該線圈中的電流為0.195 A.這時(shí)，接在乙線圈上的燈泡恰能正常發(fā)光，則此燈泡的功率為W.由于在傳輸過程中能量利用率過低，無線傳播電能還處于實(shí)驗(yàn)室階段.為早日告別電 線，實(shí)現(xiàn)無線傳輸電能的工業(yè)化，還需解決一系列問題，請(qǐng)?zhí)岢鲋辽賰蓚€(gè)問題.跟蹤訓(xùn)練2關(guān)于紅外線的以下說法中正確的是()不同的物體輻射

8、紅外線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度不同，可以在較冷的背景上探測(cè)出較熱物體的紅 外輻射利用紅外線的熱效應(yīng)對(duì)物體進(jìn)行烘干利用紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，容易發(fā)生衍射的特點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)距離和高空攝影D .利用不同物體輻射紅外線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的不同可以對(duì)物體進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)考點(diǎn)三對(duì)質(zhì)能方程和相對(duì)論的理解【考點(diǎn)解讀】質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有能量的關(guān)系：一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì) 應(yīng)，具體從以下幾個(gè)方面理解：靜止物體的能量為E = m0c2，這種能量叫做物體的靜質(zhì)能.每個(gè)有質(zhì)量的物體都具有靜 質(zhì)能.對(duì)于一個(gè)以速率v運(yùn)動(dòng)的物體，其動(dòng)能EcWLT1W-忑物體的總能量E為動(dòng)能與靜質(zhì)能之和，即E = Ek + E0 = mc2(m 為動(dòng)

9、質(zhì)量).由質(zhì)能關(guān)系式可知AE = AmcA組電磁波及其應(yīng)用 下列說法正確的是用分光鏡觀測(cè)光譜是利用光折射時(shí)的色散現(xiàn)象用X光機(jī)透視人體是利用光的反射現(xiàn)象光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)是利用光的干涉現(xiàn)象門鏡可以擴(kuò)大視野是利用光的衍射現(xiàn)象 對(duì)于機(jī)械波和電磁波的比較，下列說法中正確的是它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象它們?cè)诒举|(zhì)上是相同的，只是頻率不同而已它們可能是橫波，也可能是縱波機(jī)械波的傳播速度只取決于介質(zhì)，跟頻率無關(guān)；電磁波的傳播速度與介質(zhì)無關(guān)，只 跟頻率有關(guān) 如圖3所示是一電子感應(yīng)加速器的示意圖，實(shí)線表示通電螺線管的 橫截面，螺線管中通以圖示方向的電流，線圈內(nèi)產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電 子在該磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

10、，如虛線所示.指出電子運(yùn)轉(zhuǎn)方向；當(dāng)螺線管中電流/增大時(shí)，電子的動(dòng)能如何變化？B組相對(duì)論 太陽(yáng)在不斷地向外輻射能量，因而其質(zhì)量也在不斷地減少.若太陽(yáng)每秒鐘輻射的總能量 為4X1026 J，試計(jì)算太陽(yáng)在1 s內(nèi)失去的質(zhì)量，估算5 000年內(nèi)其質(zhì)量總共減小了多少， 并與太陽(yáng)的總質(zhì)量2X 1027 t比較之. 如圖4所示，考慮幾個(gè)問題：.【典例剖析】例3 一個(gè)原來靜止的電子，經(jīng)過100 V的電壓加速后它的動(dòng)能是多少？質(zhì)量改變了百分之 幾？速度是多少？跟蹤訓(xùn)練3在狹義相對(duì)論中，下列說法中哪些是正確的()一切運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于觀察者的速度都不能大于真空中的光速；質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間的測(cè) 量結(jié)果都隨物體與觀察者的相

11、對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變;慣性系中的觀察者觀察一個(gè)與他做勻 速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘時(shí)，會(huì)看到這個(gè)時(shí)鐘比與他相對(duì)靜止的時(shí)鐘走得慢些.是正確的B.是正確的C.是正確的D.是正確的圖3分組訓(xùn)練提升能力即學(xué)即練提升解題能力圖4如參考系。相對(duì)于參考系0靜止時(shí)，人看到的光速應(yīng)是多少？若參考系。相對(duì)于參考系0以速度v向右運(yùn)動(dòng)，人看到的光速應(yīng)是多少?若參考系0相對(duì)于參考系0以速度v向左運(yùn)動(dòng)，人看到的光速又是多少?課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練（限時(shí)：30分鐘） 設(shè)某人在速度為0.5c的飛船上，打開一個(gè)光源，則下列說法正確的是（）飛船正前方地面上的觀察者看到這一光速為1.5c飛船正后方地面上的觀察者看到這一光速為0.5c在垂直飛船前進(jìn)方向的地

12、面上的觀察者看到這一光速是c在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c（2010-上海7）電磁波包含了 y射線、紅外線、紫外線、無線電波等，按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的排列順序是（）無線電波、紅外線、紫外線、y射線紅外線、無線電波、y射線、紫外線y射線、紅外線、紫外線、無線電波紫外線、無線電波、y射線、紅外線 下列關(guān)于電磁波的說法正確的是（）電磁波必須依賴介質(zhì)傳播電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象電磁波不會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象電磁波無法攜帶信息傳播 電磁波與聲波比較（）電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波速度變小，聲波速度變大由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波波長(zhǎng)變小，聲波波長(zhǎng)變大電磁波和聲波在介質(zhì)中的傳播

13、速度，都是由介質(zhì)決定，與頻率無關(guān) 關(guān)于紅外線的作用與來源，下列說法正確的是（）一切物體都在不停地輻射紅外線紅外線具有很強(qiáng)的熱作用和熒光作用紅外線的顯著作用是化學(xué)作用紅外線容易穿透云霧（2010-江蘇單科12B（1）激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特點(diǎn)，在科學(xué)技術(shù)和日常生活中應(yīng)用廣泛.下面關(guān)于激光的敘述正確的是（）激光是縱波頻率相同的激光在不同介質(zhì)中的波長(zhǎng)相同兩束頻率不同的激光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象利用激光平行度好的特點(diǎn)可以測(cè)量月球到地球的距離目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200 MHz至1 000 MHz的范圍內(nèi)，下列關(guān)于雷達(dá)和電磁波說法正確的是（）真空中上述雷達(dá)發(fā)射的電磁波的波長(zhǎng)范圍在0.3 m至

14、1.5 m之間電磁波是由恒定不變的電場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生的測(cè)出從發(fā)射電磁波到接收反射波的時(shí)間間隔可以確定雷達(dá)和目標(biāo)的距離波長(zhǎng)越短的電磁波，反射性能越強(qiáng) 關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，下列說法中不正確的是（）變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，兩者相互聯(lián)系， 統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)從發(fā)生區(qū)域由近及遠(yuǎn)的傳播就形成了電磁波電磁波是一種物質(zhì)，可在真空中傳播.所以說真空中沒有實(shí)物粒子，但有“場(chǎng)”這 種特殊物質(zhì)電磁波在真空中的傳播速度是3X108 m/s 關(guān)于紫外線的以下說法中正確的是（）照射紫外線可增進(jìn)人體對(duì)鈣質(zhì)的吸收，因此人們應(yīng)盡可能多地接受紫外線的照射紫外線是一種可見光紫外線有很強(qiáng)的熒光效應(yīng)，可用

15、來防偽紫外線有殺菌消毒的作用，是因?yàn)槠溆袩嵝?yīng)關(guān)于Y射線，以下說法中正確的是（）比倫琴射線頻率更高，穿透能力更強(qiáng)用來檢測(cè)金屬材料內(nèi)部傷痕、裂縫、氣孔等利用y射線穿透力強(qiáng)可制成金屬測(cè)厚計(jì)來檢測(cè)金屬板的厚度“y刀”是利用了 y射線的強(qiáng)穿透能力一以接近光速相對(duì)地球飛行的宇宙飛船，在地球上觀察到飛船長(zhǎng)度縮短，在飛船中將觀察到地球上的長(zhǎng)度（）A.伸長(zhǎng)B.縮短C.不變D.無法確定復(fù)習(xí)講義基礎(chǔ)再現(xiàn)、基礎(chǔ)導(dǎo)引麥克斯韋關(guān)于電磁場(chǎng)理論的兩大支柱是：(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng).(2)變化的電 場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng).根據(jù)這兩個(gè)基本論點(diǎn)，麥克斯韋進(jìn)一步推斷：如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場(chǎng)，那么 這個(gè)變化的電場(chǎng)就在空間產(chǎn)生周期性

16、變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又會(huì)引起新的變化的電 場(chǎng)的產(chǎn)生，如此下去，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，從而形成由近及遠(yuǎn)傳播的電磁波. 由于家庭用的是正弦交流電，電場(chǎng)會(huì)不斷變化，故使用時(shí)將會(huì)產(chǎn)生電磁波.知識(shí)梳理3.(1)橫不需要(2)3X108知識(shí)梳理三、基礎(chǔ)導(dǎo)引2.調(diào)幅調(diào)頻解調(diào)根據(jù)速度合成法則，地球上測(cè)得的光速為c0.75c=0.25c.根據(jù)狹義相對(duì)論光速不變?cè)?，光速大小與光源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，所以地球上實(shí)際測(cè)得的光速為c.本題的主旨是讓 學(xué)生深入體會(huì)光速不變?cè)?課堂探究例 1 (1)AC (2) 0.3 m 1.5 m 能跟蹤訓(xùn)練1 D例 2 (1)發(fā)射(2)C (3)8 6415.0 (5)儀器體積過大、對(duì)人體有傷害、傳輸距離太短等. Ps2=1 600 18.6跟蹤訓(xùn)練2 ABCD5.9X106 m/s例 3 1.6X1017 j 0.02%跟蹤訓(xùn)練3 C分組訓(xùn)練1.A 2.A螺線管中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，而電子運(yùn)轉(zhuǎn)的 由左手定則可判斷，電子的運(yùn)轉(zhuǎn)方向