2018版高三物理一轮复习(考情解读+知识通关+题型突破+能力提升)专题19-电磁波、相对论.ppt

目录Contents考情精解读考点1考点3考点2A.知识全通关B.题型全突破考情精解读考纲解读命题趋势命题规律考情精解读1 物理 专题十九电磁波相对论知识体系构建考纲解读电磁波谱质能关系狭义相对论的基本假设电磁波的发射、传播和接收电磁波的产生考纲解读命题规律考情精解读2命题趋势 物理 专题十九电磁波相对论知识体系构建考试大纲考点全国自主命题地区电磁波的产生电磁波的发射、传播和接收电磁波谱狭义相对论的基本假设质能关系电磁波【5%】全国,34(1),5分2016北京,14,6分2016上海,3,2分2015上海,1,2分 2015北京,20,6分 2014上海,1,2分 相对论【5%】2016江苏,12B(1),4分考纲解读命题规律考情精解读31.热点预测本专题主要考查麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点、各波段电磁波的性质与应用、LC回路的周期公式、狭义相对论的两个基本假设、质能方程这几个知识点.题型可能以选择题、填空题的形式出现,分值为6分左右.2.趋势分析可能以选择题的形式考查麦克斯韦的电磁场理论与LC回路的周期公式,试题常以实际生活中的问题为背景.命题趋势 物理 专题十九电磁波相对论知识体系构建继续学习考纲解读命题规律考情精解读4命题趋势 物理 专题十九电磁波相对论知识体系构建知识全通关知识全通关1考点一电磁场和电磁波继续学习 物理 专题十九电磁波相对论一、麦克斯韦电磁场理论理论内容变化的磁场能够产生电场,变化的电场能够产生磁场.根据这个理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,交替产生,形成一个不可分割的统一体,即电磁场深度解决(1)恒定的电场不产生磁场;恒定的磁场不产生电场(2)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场(3)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场(4)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知识全通关2继续学习 物理 专题十九电磁波相对论深度解决(1)变化的磁场产生的电场叫感应电场;变化的电场产生的磁场叫感应磁场(2)感应电场与感应磁场的场线都是闭合的曲线,而且相互正交、套连(3)感应电场的方向可由楞次定律判定,感应磁场的方向可由安培定则判定注意：麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,赫兹用实验成功地证实了电磁波的存在。知识全通关3二、电磁波1.电磁波的产生如果在空间某区域中有周期性变化的电场,就会在空间引起周期性变化的磁场,这个周期性变化的磁场又会在较远的空间引起新的周期性变化的电场,新的周期性变化的电场又会在更远的空间引起新的周期性变化的磁场这样,电磁场就由近及远向周围空间传播开去,形成了电磁波.2.电磁波的特点(1)电磁波的传播不需要介质,在真空中即可传播,但在介质中也可以传播.(2)电磁波是横波.E与B的方向彼此垂直,而且都跟波的传播方向垂直,因此电磁波是横波.(3)电磁波在真空中的波速等于光速.实际上,光就是特定频率范围内的电磁波.(4)场是能量储存的场所,电磁波储存电磁能.物理 专题十九电磁波相对论继续学习知识全通关4 物理 专题十九电磁波相对论继续学习说明：赫兹用实验证明了电磁波的存在,还测定了电磁波的波长和频率,得到了电磁波的传播速度.电磁波的波长、频率、波速三者之间的关系是=c/f,此式为真空中传播的电磁波各物理量之间的关系式.注意：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的场,这就是电磁场.电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现.知识全通关5 物理 专题十九电磁波相对论【通关秘籍】1.同一种电磁波在不同介质中传播时,频率不变(频率由波源决定),波速、波长发生改变,在介质中的传播速度都比真空中的传播速度小.2.不同电磁波在同一介质中传播时,传播速度不同,频率越高波速越小,频率越低波速越大.3.在真空中传播时,不同频率的电磁波的传播速度都相同.继续学习知识全通关63.电磁波的三种传播方式(1)地波:沿地球表面空间传播的无线电波称为地波.它适宜传播波长大的无线电波,虽然地面有障碍物,但其衍射能力强,容易绕过障碍物.(2)天波:靠大气中电离层的反射传播的无线电波称为天波.频率越高,大气电离层对波的吸收就越少,因此它适宜传播波长较小的中短波和短波.(3)空间波:沿直线传播的无线电波称为空间波.它适宜传播波长很小的微波,由于是直线传播,所以发射天线或接收天线越高越好.又由于地球表面是弯曲的球面,如果是远距离传播,往往设立中间接收站与发射站,若是卫星发射,则不需要设立中间站.物理 专题十九电磁波相对论继续学习知识全通关7三、无线电波的发射与接收无线电技术中使用的电磁波叫作无线电波.无线电波的波长从几毫米到几十千米.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.1.无线电波的发射(1)有效发射电磁波的条件:高频振荡;开放电路(如图所示).物理 专题十九电磁波相对论继续学习知识全通关8(2)调制:在无线电传播技术中,首先将声音、图像等信息通过声电转换、光电转换等方式转换为电信号,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率电信号“加”到高频电磁波上,使电磁波的频率或振幅随各种信号而改变,这种使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制.调制的两种方式:调幅和调频.使高频振荡的振幅随信号而改变叫作调幅;使高频振荡的频率随信号而改变叫作调频.物理 专题十九电磁波相对论继续学习知识全通关92.无线电波的接收无线电波的接收必须采用调谐电路,如图所示,调谐电路由可变电容器、电感线圈、天线、地线等几部分组成.(1)电谐振:当接收到的电磁波的频率跟接收电路的固有频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,这种现象叫作电谐振.(2)调谐:调谐电路的固有频率可以在一定范围内连续改变,将调谐电路的频率调节到与需要接收的某个频率的电磁波相同,使接收电路产生电谐振,这一过程叫作调谐.(3)解调:从接收到的高频振荡中分离出所携带的信号的过程叫作解调.解调是调制的逆过程.调幅波的解调也叫检波.(4)无线电波接收的全过程:天线接收到所有的电磁波,经调谐选择出所需要的电磁波,再经解调取出携带的信号,信号经放大后再还原成声音或图像.物理 专题十九电磁波相对论继续学习知识全通关10 物理 专题十九电磁波相对论继续学习3.无线电波的用途及特点知识全通关12四、电磁波的应用1.电视(1)摄像管的作用是摄取景物的图像并将其转换为电信号.(2)显像管的电子枪受信号的控制,使电子束在荧光屏上扫描,还原摄像管中的图像.2.雷达:电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的.波长越短的电磁波,传播的直线性越好,反射性能越强,因此雷达用的是微波.五、电磁波谱1.电磁波谱:电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线等,将这些电磁波按波长或频率顺序排列,就构成了电磁波谱,如图所示.物理 专题十九电磁波相对论继续学习知识全通关13 物理 专题十九电磁波相对论继续学习2.电磁波谱各成分的特点 名称特性无线电波红外线可见光紫外线X射线射线主要作用波动性强、易发生衍射热作用视觉作用化学作用、荧光效应、杀菌穿透作用贯穿作用产生机理振荡电路中自由电子的周期性运动原子外层电子受激发原子的内层电子受激发原子核受激发真空中的速度都是c=3108 m/s频率小大同介质中速度大小知识全通关14返回目录 物理 专题十九电磁波相对论备注振荡电路中产生一切物体都能辐射由七种色光组成一切高温物体都能辐射伦琴射线管中高速电子流射至阳极产生放射性元素衰变时产生备注频率和波长不同的电磁波,表现出不同的特性,其中波长较长的无线电波和红外线等,易发生干涉、衍射现象;波长较短的紫外线,X射线、射线等,穿透能力较强电磁波谱中,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射线和射线都有重叠,但它们产生的机理不同放射性元素衰变时产生 知识全通关15考点二电磁振荡 物理 专题十九电磁波相对论一、LC振荡电路由自感线圈和电容器组成的电路就是最简单的振荡电路,简称LC电路.如图所示,先将开关S和1接触,开关闭合后电源给电容器C充电,然后将S和2接触,在LC电路中就出现了大小与方向都做周期性变化的振荡电流.在产生振荡电流的过程中,电容器极板上的电荷q、电路中的电流i、电容器内的电场强度E和线圈中的磁感应强度B都发生周期性的变化,这种现象叫作电磁振荡.(1)从振荡的表象上看:LC振荡过程实际上是通过线圈L对电容器C充、放电的过程.(2)从物理本质上看:LC振荡过程实质上是磁场能和电场能之间通过充、放电的形式相互转化的过程.继续学习知识全通关16返回目录 物理 专题十九电磁波相对论 二、电磁振荡规律LC电路中电磁振荡的规律可用下图表示.(图中表示增大,表示减小)三、电磁振荡的周期与频率与力学中的简谐运动类似,如果没有能量损失,也不受外界影响,电磁振荡的周期与频率由振荡电路本身的结构与性质所决定,因此称这个周期与频率为固有周期与固有频率,LC电磁振荡的周期和频率公式为T=2 ,f=.知识全通关18返回目录 物理 专题十九电磁波相对论 知识全通关17 物理 专题十九电磁波相对论继续学习考点三经典时空观与狭义相对论题型全突破考法1电磁场与电磁波的辨析继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破1考法指导一、变化的磁场产生的电场与静电场相同吗?变化的磁场产生的电场称为感应电场,也叫涡旋电场,跟静电场有相同点,即处于电场中的电荷受力的作用,F=qE.但它们也有显著的区别,表现为:1.静电场的电场线不是闭合曲线,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,因此不能引用“电势”、“电势能”等概念.3.在感应电场中移动电荷时,电场力做的功与路径有关.因此,在同一静电场中,电荷运动一周(轨迹曲线闭合),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”.物理 专题十九电磁波相对论继续学习题型全突破2二、电磁波与机械波的异同比较项目电磁波机械波不同点本质是物质,是电磁现象,是电磁振荡的传播不是物质,是机械振动在介质中的传播传播机理电磁场交替感应质点间相互作用传播介质不需要介质需要介质 物理 专题十九电磁波相对论继续学习题型全突破3比较项目电磁波机械波不同点描述的量电场强度E与磁感应强度B随时间和空间周期性变化质点的位移x、速度v、加速度a随时间和空间周期性变化 波的种类横波既有横波也有纵波 速度特点由介质和频率决定仅由介质决定相同点能量都携带能量并传播能量 速度公式v=f 遵循规律均可发生反射、折射、干涉、衍射等现象返回目录 化学 有机化学基础（选修五）题型全突破4 物理 专题十九电磁波相对论考法示例1下列关于电磁场和电磁波的认识中,正确的是()A.任何电场在它周围空间都会产生磁场B.电磁波和机械波一样依赖于介质传播C.电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度D.电磁波是纵波思路分析解答本题的关键是弄清以下两点:(1)电磁波的产生及其特点;(2)电磁波与机械波的异同.解析恒定电场在它周围空间不会产生磁场,选项A错误;电磁波的传播不需要介质,选项B错误;光本质上是电磁波,选项C正确;电磁波是横波,选项D错误.答案C【考法示例1】考法2对相对论的考查继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破5考法指导一、怎样理解狭义相对论的两个基本假设?1.狭义相对性原理中的“一切物理规律”不仅包括力学规律,还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律.2.真空中的光速不变,指光速大小既不依赖于光源或观察者的运动,也不依赖于光的传播方向.3.几十年来,科学家采用各种先进的物理技术测量光速,结果都不违背光速不变原理.继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破6二、经典的相对性原理和狭义相对性原理的区别经典的相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说,都遵从同样的规律,或者说,在研究力学规律时,一切惯性系都是等价的.因此,无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态.而狭义相对性原理指的是物理定律在所有惯性系中都是相同的.因此,各个惯性系都是等价的,不存在特殊的、绝对的惯性系.所以,狭义相对性原理所指范围更大,内容更丰富.继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破7三、惯性系和非惯性系的比较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.例如我们坐在加速运动的车厢里,以车厢为参考系观察到路边的树木、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.返回目录 化学 有机化学基础（选修五）题型全突破8 物理 专题十九电磁波相对论考法示例2惯性系S中有一边长为l的正方形(如图所示),从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是下列选项中的()解析由相对论知识易得沿运动方向的边长变短,垂直运动方向的边长不变,选项C正确.答案C点评分析相对论的相关问题时,在观念上要有突破,光速不变是相对论中的关键点,应在此基础上理解其他有关结论和公式.【考法示例2】考法3电磁振荡规律的分析继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破9考法指导一、电磁振荡中各物理量的变化规律分析LC电路中的振荡电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板上的电荷量q、电容器两端的电压u、极板间电场强度E均是随时间按正弦(或余弦)规律做周期性变化的,如图所示.继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破10LC电路中各物理量的变化规律如下表所示.电路状态 时刻0 T/4 T/2 3T/4T电荷量最大0最大0最大电压最大0最大0最大电场能最大0最大0最大电流0正向最大0反向最大0磁场能0最大0最大0继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破11二、电磁振荡与单摆振动的比较电磁振荡与单摆振动有很多相似点,其对应的物理量如下表所示.单摆做简谐运动LC电磁振荡把摆球拉离平衡位置提供初始能量重力势能给电容器充电提供初始能量电场能单摆的重力势能与动能相互转化电容器内的电场能与线圈内的磁场能相互转化单摆摆长L电容C振子质量m(惯性)电感L(相当于惯性)位移x(振幅A)电荷量q(最大值Q)速度v(按正弦规律变化)电流i(按正弦规律变化)周期T=2 ,与振幅大小无关周期T=2 ,与充电多少无关继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破12三、对周期公式T=2的定性分析1.L对T的影响:L越大,振荡过程中因自感现象产生的自感电动势就越大,楞次定律中所说的“阻碍”作用也就越大,从而延缓着振荡电流的变化,使振荡周期T变长.2.C对T的影响:C越大,振荡过程中无论是充电阶段将C充至一定电压,还是放电阶段一定电压下的C中的电放完,其时间都应当相应地变长,从而使振荡周期T变长.继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破13考法示例3科技小组制作简单收音机,用来收听中波段无线电广播.用自己动手绕制的天线线圈L与可变电容器C组成调谐电路(如图所示),结果在收音机调试时发现在中波段波长最长的一个电台收不到,而波长最短的电台恰能正常收听,则下列调试方法可收听全部中波电台的是()A.电容器不变,只增加天线线圈的匝数B.电容器不变,只减少天线线圈的匝数C.线圈匝数不变,选用电容最小值不变、最大值更大的可变电容器D.线圈匝数不变,选用电容最大值不变、最小值更小的可变电容器【考法示例2】返回目录 化学 有机化学基础（选修五）题型全突破14 物理 专题十九电磁波相对论思路分析调谐电路电谐振v=fLC回路的固有频率f=改变L或C.解析当调谐电路的频率与被接收电磁波频率相同时才能接收到该电磁波.由于波速不变,波长最长则频率最低,由f=可知,若电容器不变,只增加天线线圈的匝数,则线圈的自感系数L增大,能接收到的电台的频率范围向低频方向移动,波长范围同时向波长长的方向移动,因此当能收听波长最长的电台时,波长最短的电台又不能正常收听,A错误;若只减少线圈匝数,则波长向短波段移动,B错;若线圈匝数不变,选用最小值不变、最大值更大的可变电容器,则能接收的频率范围最高频率不变、最低频率降低,即最短波长不变、最长波长增长,故可接收到原来接收不到的波长最长的电台,C正确D错误.答案C考法4麦克斯韦电磁场理论的综合应用继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破15考法指导对于麦克斯韦的电磁场理论,要深刻理解和应用该理论的两大支柱:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场.1.变化的磁场在周围空间产生电场实验基础:法拉第电磁感应现象.如图甲所示带有小灯泡的导体环,放在通有交流电的线圈附近,小灯泡会发光.这是由于穿过导体环的变化磁场,在环中产生了电场从而驱使电荷运动,形成电流.变化的磁场产生电场(磁场增强时)继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破16麦克斯韦的推广:没有导体环,变化的磁场在其周围空间同样会产生电场(图乙).导体环的作用仅是用来显示电场的存在而已.(1)均匀变化的磁场产生恒定的电场;(2)非均匀变化的磁场产生变化的电场;(3)振荡磁场产生同频率的振荡电场.说明：判断变化的磁场所产生的感应电场的方向可以利用楞次定律.继续学习 物理 专题十九电磁波相对论题型全突破172.变化的电场在周围空间产生磁场实验基础:电容器充放电现象板上电荷量变化,板间场强变化.麦克斯韦的假设,根据电现象与磁现象的相似性和变化磁场能产生电场的观点,认为变化的电场也会在周围空间产生磁场(如图).电容器充电时,变化的电场产生磁场(1)均匀变化的电场产生恒定的磁场;(2)非均匀变化的电场产生变化的磁场;(3)振荡电场产生同频率的振荡磁场.