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第5课时 电磁波与相对论
、传播、发射和接收,熟记电磁波
.
1.[关于电磁波谱问题]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( )
、红外线、紫外线、γ射线
、无线电波、γ射线、紫外线
、红外线、紫外线、无线电波
、无线电波、γ射线、红外线
答案 A
解析 电磁波的波长范围很广,按波长由长到短的顺序排列,其顺序是无线电波、红外
线、可见光、紫外线、,A的排列顺序是正确的.
2.[相对论的理解]关于狭义相对论的说法,不正确的选项是( )
,一切物理规律都是相同的
,光在真空中的速度都等于c,与光源的运动
无关
答案 D
解析 狭义相对论认为在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的,选项A正
确;狭义相对论认为在一切惯性参考系中,光在真空中的速度都等于c(光速不变原
理),与光源的运动无关,选项B正确;狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系,应选
项C正确,D错误.
考点梳理
(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)电磁波的频率f、波长λ和波速v的关系:v=λf.
(4)电磁波是横波,具有波的特性,能产生干预、衍射等现象.
1
(1)电磁振荡(LC电路)的周期T=2πLC,频率f=.
2πLC
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(高中物理)第5课时 电磁波与相对论
(2)发射电磁波的条件:①振荡电路要有足够高的频率.②振荡电路应采用开放电路.
发射电磁波需经过调制过程,
程,解调是调制的逆过程.
(1)狭义相对论的根本假设
①在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的.
②真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的.
Δτ
(2)时间间隔的相对性Δt=.
v
1-2
(c)
v
(3)长度的相对性l=l1-2.
0(c)
u′+v
(4)相对论的速度变换公式u=.
u′v
1+
c2
m0
(5)相对论质量m=.
v
1-2
(c)
(6)质能方程E=mc2.、
考点一 电磁波谱分析及电磁波的应用
电磁频率真空中
特性应用递变规律
波谱/Hz波长/m
波动性
无线<3×强,无线电技
>10-3
电波1011易发生衍术
射
1011~10-3~
红外线热效应红外遥感
101510-7
照明、
可见光101510-7引起视觉
摄影
化学效
应、医用消
1015~10-7~
紫外线荧光效毒、
101710-9
应、防伪
灭菌消毒
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(高中物理)第5课时 电磁波与相对论
检查、医
1016~10-8~贯穿本领
X射线用
101910-11强
透视
工业探
贯穿本领
γ射线>1019<10-11伤、
最强
医用治疗
特别提醒 ,
线等,易发生干预、衍射现象;波长较短的紫外线、X射线、γ射线等,穿透能力较
强.
,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,但它们产生的机理不同.
例1 以下说法中正确的选项是( )
、紫外线、伦琴射线和γ射线在真空中传播的速度均一样,均为3×108m/s
,是利用它穿透本领强的特性
解析 不同波长的电磁波在真空中的传播速度均为c;红外线在遥感技术中用到了它的
衍射现象;紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度;利用紫外线的荧光
、C、D正确.
答案 ACD
突破训练1 关于电磁波,以下说法正确的选项是( )
,大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
答案 D
解析 雷达是用微波测定物体的位置,A错;使电磁波随各种信号而改变的技术叫调
制,B错;使钞票上的荧光物质发出可见光的是紫外线,C错;根据麦克斯韦电磁场理
论,变化的电场可以产生磁场,D正确.
考点二 对狭义相对论的理解
:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,
性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系.
,因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的,无任何
前提条件.
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(高中物理)第5课时 电磁波与相对论
m0
,其关系式为m=.
v
1-2
c
例2 如图1所示,考虑几个问题:
图1
(1)如下列图,参考系O′相对于参考系O静止时,人看到的光速应是多少?
(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动,人看到的光速应是多少?
(3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动,人看到的光速又是多少?
解析 根据狭义相对论的一个根本假设:光速不变原理,可知光速是不变的,都应是
c.
答案 (1)c (2)c (3)c
突破训练2 据报导,欧洲大型强子对撞机(LHC)已于2008年9月10日开启,并加速了第
一批质子,该对撞机“开足马力〞后能把数以百万计的粒子加速至每秒钟30万公里,
%,粒子流每秒可在隧道内狂飙11245圈,单束粒子能量可达7万亿
( )
,粒子的速度将能够到达光速
,粒子的速度将能够超过光速
答案 C
u′+v
解析 根据公式u=可知物体的速度u不可能等于或大于光速,所以A、B错
u′v
1+
c2
m0
=可知高速运动的物体的质量m大于静止时的质量m0,所以
v
1-2
c
C正确,D错误.
高考题组
1.(··15)类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习
效率,在类比过程中,既要找出共同之处,
波进行类比,总结出以下内容,其中不正确的选项是( )
、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用
,而电磁波可以在真空中传播
,而电磁波只有纵波
答案 D
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(高中物理)第5课时 电磁波与相对论
2.(··12B(1))如图2所示,沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、
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
答案 C
解析 列车上的观察者看到的是由B出发后经过A和C反射的光,由于列车在这段时间
内向C运动靠近C,而远离A,所以C的反射光先到达列车上的观察者,看到C先被照
亮,故只有C正确.
模拟题组
( )
答案 C
解析 紫外线的波长比可见光中紫光的波长还短,不能引起视觉,选项A错误;紫外线
的频率比红外线的频率高,选项B错误;紫外线有荧光作用,可激发钞票上的荧光物质
发出荧光,选项C正确;电视机等电器都是利用红外线遥控的,选项D错误.
m0
=,以下说法中正确的选项是( )
v
1-2
(c)
>0时,物体的质量m>m0,即物体的质量改变了,故经典力学不
适用
,质量变化十分微小,经典力学理论仍然适用,只有当
物体以接近光速运动时,质量变化才明显,故经典力学仅适用于低速运动,而不适
用于高速运动
,质量的变化不能引起我们的感觉,在分析地球上物体的
运动时,不必考虑质量变化
答案 CD
解析 公式中的m0是物体的静止质量,在v远小于光速时,经典力学依然成立,故A、
B错,C、D对.
(限时:25分钟)
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(高中物理)第5课时 电磁波与相对论
►题组1 电磁波谱、电磁涉及其应用
( )
,紫外线最显著的作用是化学作用
,因此它们的频率范围界线清楚,不可能重叠
答案 B
解析 麦克斯韦提出了光的电磁说,
原子的内层电子受激发而产生的,γ射线是原子核受激发而产生的,产生机理确实不
同,但X射线和γ射线都有一个较大的频率范围,较高频率的X射线与较低频率的γ
射线产生了重叠,,A、D选项不正确,B选项
与事实一致,.
( )
B.“闻其声不见其人〞是波的衍射现象
答案 BD
解析 火车过桥时要减速是为了防止桥梁发生共振,选项A错误;“闻其声不见其人〞
是声波的衍射现象,选项B正确;电磁波谱中最不容易发生衍射现象的是γ射线,选
项C错误;利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的
距离,选项D正确.
( )
答案 B
解析 根据电磁波的产生机理及传播特性可知,电磁波的传播不需要依赖介质,选项A
错误;干预、衍射是所有波都具有的共同特性,选项B正确;由于电磁波是横波,故能
发生偏振现象,选项C错误;电磁波能够携带图象、声音等信息进行传播,选项D错
误.
( )
,声波的传播需要介质
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(高中物理)第5课时 电磁波与相对论
,电磁波速度变小,声波速度变大
,电磁波波长变小,声波波长变大
,都是只由介质决定,与频率无关
答案 ABC
解析 可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析,选项A、B均与事实相符,所以
v
A、B项正确;根据λ=,电磁波速度变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频
f
率不变,波长变大,所以选项C正确;电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有
关,所以选项D错误.
,以下说法中正确的选项是( )
,穿透能力更强
、裂缝、气孔等
D.“γ刀〞是利用了γ射线的强穿透能力
答案 ABC
6.(·单科·12B(1))激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点,在科学技术和日常生
( )
答案 D
解析 电磁波是横波,A项错;光在不同介质中传播速度不同,波长也不同,B项错;
相干光的条件是频率相同,C项错,D项正确.
题组2 对狭义相对论的考查
,以下说法正确的选项是( )
:真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
同样快
答案 A
解析 真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的,选项A正确;爱因斯坦通过质能
方程说明了质量与能量的联系,但不能认为质量就是能量,选项B错误;根据相对论可
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(高中物理)第5课时 电磁波与相对论
知运动的时钟变慢,选项C错误;竖直向上高速运动的球在水平方向上长度不变,沿运
动方向上的长度才会变短,选项D错误.
(如下列图).从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞
行的飞行器上测得此正方形的图形是( )
答案 C
解析 根据相对性原理,当正方形沿x方向以接近光速匀速飞行时,在运动方向上会出
现长度收缩效应,而在垂直于运动方向上那么不会出现长度收缩效应,故C正确.
;在高速前进中的列车的中点处,某乘客突然
按下手电筒,使其发出一道闪光,该乘客认为闪光向前、向后传播的速度相等,都为
c,站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度________(选填“相等
〞或“不等〞).并且,车上的乘客认为,电筒的闪光同时到达列车的前、后壁,地面
上的观察者认为电筒的闪光先到达列车的________(选填“前〞或“后〞)壁.
答案 相等 后
解析 根据光速不变原理,站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速
度相等;地面上的观察者认为,由于列车运动,电筒的闪光先到达列车的后壁.
题组3 机械波、光学与相对论的组合
10.(1)如图1所示,竖直墙上挂着一面时钟,地面上的静止的观察者A观测到钟的面积为
S,另一观察者By轴正方向运动,观测到钟的面积为S′.那么S和S′的大小关系是
________.(填写选项前的字母)
>S′=S′
<S′
图1
(2)一束细光束由真空沿径向射入一块半圆柱形透明体,如图2(a)所示,对其射出后的
折射光线的强度进行记录,发现折射光线的强度随着θ的变化而变化,如图(b)图线所
,折射率为________.
图2
(3)一列简谐横波,在t=,波上A质点的振动图象
如图乙所示,求该波传播速度的大小和方向.
图3
23
答案 (1)A (2)60° (3)25m/s,沿+x方向传播
3
解析 (3)由题图知该波的周期为T=,
λ
波长为λ=20m,v==25m/s
T
,所以波沿+x方向传播.
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