高考物理月刊專版 專題11 光學(xué)綜合 電磁波 相對論簡介課件

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1、一、電磁場一、電磁場1麥克斯韋電磁場理論麥克斯韋電磁場理論2電磁場：電磁場：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變 化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離 的統(tǒng)一體，這就是電磁場的統(tǒng)一體，這就是電磁場 (1)變化的磁場在空間產(chǎn)生的電場，與自由變化的磁場在空間產(chǎn)生的電場，與自由電荷激發(fā)的靜電場不同，它的電場線是閉合的，它的存在電荷激發(fā)的靜電場不同，它的電場線是閉合的，它的存在與空間有無導(dǎo)體、有無閉合電路無關(guān)與空間有無導(dǎo)體、有無閉合電路無關(guān)(2)均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場均勻變化的磁場

2、產(chǎn)生穩(wěn)定的電場“均勻變化均勻變化”指的是指的是在相等的時間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量相同，即磁感應(yīng)強(qiáng)度在相等的時間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量相同，即磁感應(yīng)強(qiáng)度對時間的變化率恒定對時間的變化率恒定二、電磁波的形成和傳播特點二、電磁波的形成和傳播特點1電磁波：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地電磁波：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地 向周圍傳播開去，就形成電磁波向周圍傳播開去，就形成電磁波2麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗成功麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗成功 地證實了電磁波的存在地證實了電磁波的存在3電磁波的特點電磁波的特點 (1)電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)；

3、電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)； (2)電磁波是橫波；電磁波是橫波； (3)電磁波傳播電磁場的能量電磁波傳播電磁場的能量 (4)電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射現(xiàn)象電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射現(xiàn)象4電磁波在真空中的傳播速度為電磁波在真空中的傳播速度為3.0108 m/s.5電磁波與機(jī)械波的區(qū)別電磁波與機(jī)械波的區(qū)別區(qū)別區(qū)別電磁波電磁波機(jī)械波機(jī)械波研究對象研究對象電磁現(xiàn)象電磁現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生產(chǎn)生由周期性變化的電場、由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生磁場產(chǎn)生由質(zhì)點由質(zhì)點(波源波源)的振動產(chǎn)生的振動產(chǎn)生波的特點波的特點橫波橫波縱波或橫波縱波或橫波波速波速在真空中等于光速在真空中等于光速(很大很大

4、)在空氣中很小在空氣中很小(如聲波為如聲波為/s)介質(zhì)需要介質(zhì)需要不需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空在真空中仍可傳播中仍可傳播)必須有介質(zhì)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播真空中不能傳播)能量傳播能量傳播電磁能電磁能機(jī)械能機(jī)械能 (1)同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不變變(頻率由波源決定頻率由波源決定)，波速、波長發(fā)生改變，在介質(zhì)中的速度，波速、波長發(fā)生改變，在介質(zhì)中的速度都比在真空中的速度小都比在真空中的速度小(2)不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播時，傳播速度不同，頻率高不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播時，傳播速度不同，頻率高則波速小則波速小(3)在真空中傳播時，不同頻率的電磁

5、波的速度都相同，即等在真空中傳播時，不同頻率的電磁波的速度都相同，即等于光速于光速三、電磁振蕩三、電磁振蕩1振蕩電流和振蕩回路振蕩電流和振蕩回路 (1)振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電 流流 (2)振蕩電路：產(chǎn)生振蕩電流的電路振蕩電路：產(chǎn)生振蕩電流的電路2LC振蕩電路振蕩電路 (1)電磁振蕩：在電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器極板上的電荷量振蕩電路中，電容器極板上的電荷量q、 電路中的電流電路中的電流i、電容器里的電場強(qiáng)度、電容器里的電場強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)強(qiáng) 度度B，都在周期性地變化著，這種現(xiàn)象就是電磁振蕩，都在周期性

6、地變化著，這種現(xiàn)象就是電磁振蕩 (2)電磁振蕩的周期和頻率：電磁振蕩的周期和頻率： T2 f (T為為LC電路的周期，電路的周期，L為線圈為線圈自感自感 系數(shù)，系數(shù)，C為電容器電容為電容器電容) (1)在電磁振蕩的過程中，電場能和磁場能發(fā)在電磁振蕩的過程中，電場能和磁場能發(fā)生周期性變化生周期性變化(2)對于確定的對于確定的LC電路，其周期和頻率不發(fā)生變化電路，其周期和頻率不發(fā)生變化四、無線電波的發(fā)射和接收四、無線電波的發(fā)射和接收1發(fā)射發(fā)射 (1)調(diào)制：使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)調(diào)制：使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù) (2)調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號

7、的強(qiáng)弱而變 (3)調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變2接收接收 (1)電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的 頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng) (2)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程 (3)檢波或解調(diào)：從接收到的高頻電流中檢波或解調(diào)：從接收到的高頻電流中“檢檢”出所攜帶出所攜帶 的信號，使聲音或圖象還原出來的過程叫解調(diào)調(diào)幅波的信號，使聲音或圖象還原出來的過程叫解調(diào)調(diào)幅波 的解調(diào)也叫檢波檢波是調(diào)制的逆過程的解調(diào)也叫檢波檢波

8、是調(diào)制的逆過程五、電磁波譜的分析應(yīng)用五、電磁波譜的分析應(yīng)用電磁電磁波譜波譜特性特性應(yīng)用應(yīng)用真空中真空中波長波長/m頻率頻率/Hz遞變遞變規(guī)律規(guī)律無線無線電波電波波動性波動性強(qiáng)，易發(fā)強(qiáng)，易發(fā)生衍射生衍射無線電無線電技術(shù)技術(shù)10331011紅外線紅外線熱效應(yīng)熱效應(yīng)紅外線紅外線遙感遙感10310710111015可見光可見光引起視覺引起視覺照明、照明、攝影攝影1071015紫外線紫外線化學(xué)效化學(xué)效應(yīng)、熒光應(yīng)、熒光效應(yīng)、能效應(yīng)、能殺菌殺菌醫(yī)用消醫(yī)用消毒、防偽毒、防偽10710910151017X射線射線貫穿性強(qiáng)貫穿性強(qiáng)檢查、醫(yī)檢查、醫(yī)用透視用透視108101110161019射線射線貫穿本領(lǐng)貫穿本領(lǐng)最

9、強(qiáng)最強(qiáng)工業(yè)探工業(yè)探傷、醫(yī)用傷、醫(yī)用治療治療10111019 (1)頻率和波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特頻率和波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射性其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、射線、射線等，穿透能力較強(qiáng)射線等，穿透能力較強(qiáng)(2)在電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的在電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和界線，如紫外線和X射線、射線、X射線和射線和射線都有重疊，但它們產(chǎn)生射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同的機(jī)理不同六、相對論簡介

10、六、相對論簡介1經(jīng)典的相對性原理經(jīng)典的相對性原理 (1)如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參 考系叫慣性系，相對于這個慣性系做勻速直線運動考系叫慣性系，相對于這個慣性系做勻速直線運動 的另一個參考系也是慣性系的另一個參考系也是慣性系 (2)伽利略相對性原理：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都伽利略相對性原理：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都 是相同的是相同的2狹義相對論的兩個基本假設(shè)狹義相對論的兩個基本假設(shè) (1)狹義相對性原理狹義相對性原理 在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 (2)光速不變原理光速不變原理

11、真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，光真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，光 速與光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系速與光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系3相對論的質(zhì)速關(guān)系相對論的質(zhì)速關(guān)系 (1)物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速 度度v運動時的質(zhì)量運動時的質(zhì)量m與靜止時的質(zhì)量與靜止時的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系： m (2)物體運動時的質(zhì)量物體運動時的質(zhì)量m總要大于靜止時的質(zhì)量總要大于靜止時的質(zhì)量m0. 回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后質(zhì)回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后質(zhì)量增大，因此做圓周運動的周期變大，它

12、的運動與加在量增大，因此做圓周運動的周期變大，它的運動與加在D形盒形盒上的交變電壓不再同步，回旋加速器粒子的能量受到了限制上的交變電壓不再同步，回旋加速器粒子的能量受到了限制 (1)麥克斯韋電磁理論的內(nèi)容是麥克斯韋電磁理論的內(nèi)容是 (2)電磁波在傳播過程中，每處的電場方向和磁場方向電磁波在傳播過程中，每處的電場方向和磁場方向總是總是_的，并和該處電磁波的傳播方向的，并和該處電磁波的傳播方向_，這，這就說明電磁波是就說明電磁波是_波波 (3)目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200 MHz到到1000 MHz的范圍內(nèi)請回答下列關(guān)于雷達(dá)和電磁波的有關(guān)問題：的范圍內(nèi)請回答下列關(guān)

13、于雷達(dá)和電磁波的有關(guān)問題： 雷達(dá)發(fā)射電磁波的波長范圍是多少？雷達(dá)發(fā)射電磁波的波長范圍是多少？ 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？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？熟記麥克斯韋理論及電磁波的特點，記準(zhǔn)電磁波熟記麥克斯韋理論及電磁波的特點，記準(zhǔn)電磁波vf這一關(guān)系，理解雷達(dá)工作原理這一關(guān)系，理解雷達(dá)工作原理. 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)(1)麥克斯韋電磁理論的內(nèi)容是變化麥克斯韋電磁理論的內(nèi)容是變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場 (2)電磁波在傳播過程中，每處的電場方向和磁場方電磁波在傳播過程中，每處的電場方向和磁場方向總是垂直的，并和該處電磁波

14、的傳播方向垂直，這說明向總是垂直的，并和該處電磁波的傳播方向垂直，這說明電磁波是橫波電磁波是橫波 (3)由由vf可得：可得： 1 1.5 m， 2 0.3 m. 故波長范圍是故波長范圍是0.3 m1.5 m. 雷達(dá)測距的原理就是通過發(fā)射和接收的時間間隔來雷達(dá)測距的原理就是通過發(fā)射和接收的時間間隔來確定距離，所以可根據(jù)確定距離，所以可根據(jù)x 確定和目標(biāo)間的距離確定和目標(biāo)間的距離答案答案見解題指導(dǎo)見解題指導(dǎo) 一個原來靜止的電子，經(jīng)過一個原來靜止的電子，經(jīng)過100 V的電壓加的電壓加速后它的動能是多少？質(zhì)量改變了百分之幾？速度是多少？速后它的動能是多少？質(zhì)量改變了百分之幾？速度是多少？這時能不能使用

15、公式這時能不能使用公式Ek m0v2?利用相對論中的質(zhì)能方程來計算電子速度改變后質(zhì)利用相對論中的質(zhì)能方程來計算電子速度改變后質(zhì)量的改變量的改變.公式公式Ek= mv2適用于物質(zhì)速度較?。ㄟh(yuǎn)適用于物質(zhì)速度較?。ㄟh(yuǎn)小于光速）時動能的計算小于光速）時動能的計算. 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)加速后電子的動能是加速后電子的動能是 EkeU1.61019100 J1.61017 J 因為因為Ekmc2mec2 所以所以mme 因此因此 把數(shù)值代入，得把數(shù)值代入，得2.0104，即質(zhì)量改變了，即質(zhì)量改變了0.02%. 這說明在這說明在100 V電壓加速后，電子的速度與光速相比仍然電壓加速后，電子的速度與光速相比仍然 很小，因此可以用很小，因此可以用Ek mev2這個公式這個公式 由由Ek mev2得電子的速度得電子的速度 v m/s5.9106 m/s. 這個速度雖然達(dá)到了百萬米每秒的數(shù)量級，但僅為光速這個速度雖然達(dá)到了百萬米每秒的數(shù)量級，但僅為光速的的2%.答案答案 1.61017 J0.02%5.9106 m/s能能