高考物理一轮复习 13.5 电磁振荡与电磁波相对论同步课件.ppt

第第5 5讲 电磁振磁振荡与与电磁波磁波 相相对论2021/8/11 星期三1一、电磁场一、电磁场1麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论2021/8/11 星期三22电磁场：电磁场：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变场，变 化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场一个不可分离的统一体，这就是电磁场2021/8/11 星期三3 (1)变化的磁场在空间产生的电场，与自由电变化的磁场在空间产生的电场，与自由电荷激发的静电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与荷激发的静电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与空间有无导体、有无闭合电路无关空间有无导体、有无闭合电路无关(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场均匀变化的磁场产生稳定的电场“均匀变化均匀变化”指的是指的是在相等的时间内磁感应强度的变化量相同，即磁感应强度在相等的时间内磁感应强度的变化量相同，即磁感应强度对时间的变化率恒定对时间的变化率恒定2021/8/11 星期三4二、电磁波的形成和传播特点二、电磁波的形成和传播特点1电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地 向周围传播开去，就形成电磁波向周围传播开去，就形成电磁波2麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验成功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地证实了电磁波的存在2021/8/11 星期三53电磁波的特点电磁波的特点 (1)电磁波在空间传播不需要介质；电磁波在空间传播不需要介质；(2)电磁波是横波；电磁波是横波；(3)电磁波传播电磁场的能量电磁波传播电磁场的能量 (4)电磁波能发生反射、折射、干涉、衍射现象电磁波能发生反射、折射、干涉、衍射现象4电磁波在真空中的传播速度为电磁波在真空中的传播速度为3.0108 m/s.2021/8/11 星期三65电磁波与机械波的区别电磁波与机械波的区别区区别别电电磁波磁波机械波机械波研究研究对对象象电电磁磁现现象象力学力学现现象象产产生生由周期性由周期性变变化的化的电场电场、磁磁场产场产生生由由质质点点(波源波源)的振的振动产动产生生波的特点波的特点横波横波纵纵波或横波波或横波波速波速在真空中等于光速在真空中等于光速(很很大大)在空气中很小在空气中很小(如声波如声波为为/s)介介质质需要需要不需要介不需要介质质(在真空中在真空中仍可仍可传传播播)必必须须有介有介质质(真空中不能真空中不能传传播播)能量能量传传播播电电磁能磁能机械能机械能2021/8/11 星期三7 (1)同一电磁波在不同介质中传播时，频率不同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变变(频率由波源决定频率由波源决定)，波速、波长发生改变，在介质中的速，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中的速度小度都比在真空中的速度小(2)不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率高不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率高则波速小则波速小(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同，即等在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同，即等于光速于光速2021/8/11 星期三8三、电磁振荡三、电磁振荡1振荡电流和振荡回路振荡电流和振荡回路 (1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电 流流 (2)振荡电路：产生振荡电流的电路振荡电路：产生振荡电流的电路2021/8/11 星期三92LC振荡电路振荡电路 (1)电磁振荡：在电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量振荡电路中，电容器极板上的电荷量q、电路中的电流电路中的电流i、电容器里的电场强度、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强、线圈里的磁感应强度度B，都在周期性地变化着，这种现象就是电磁振荡，都在周期性地变化着，这种现象就是电磁振荡 (2)电磁振荡的周期和频率：电磁振荡的周期和频率：T2 f (T为为LC电路的周期，电路的周期，L为线圈自感为线圈自感系数，系数，C为电容器电容为电容器电容)2021/8/11 星期三10 (1)在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性变化周期性变化(2)对于确定的对于确定的LC电路，其周期和频率不发生变化电路，其周期和频率不发生变化2021/8/11 星期三11四、无线电波的发射和接收四、无线电波的发射和接收1发射发射 (1)调制：使电磁波随各种信号而改变的技术调制：使电磁波随各种信号而改变的技术 (2)调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 (3)调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变2021/8/11 星期三122接收接收 (1)电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的 频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强 (2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程调谐：使接收电路产生电谐振的过程 (3)检波或解调：从接收到的高频电流中检波或解调：从接收到的高频电流中“检检”出所携带出所携带 的信号，使声音或图象还原出来的过程叫解调调幅波的信号，使声音或图象还原出来的过程叫解调调幅波 的解调也叫检波检波是调制的逆过程的解调也叫检波检波是调制的逆过程2021/8/11 星期三13五、电磁波谱的分析应用五、电磁波谱的分析应用电电磁磁波波谱谱特性特性应应用用真空中真空中波波长长/m频频率率/Hz递变递变规规律律无无线线电电波波波波动动性性强强，易，易发发生衍射生衍射无无线电线电技技术术10331011红红外外线线热热效效应应红红外外线线遥感遥感10310710111015可可见见光光引起引起视觉视觉照明、照明、摄摄影影1071015紫外紫外线线化学效化学效应应、荧荧光光效效应应、能、能杀杀菌菌医用消医用消毒、防毒、防伪伪10710910151017X射射线线贯贯穿性穿性强强检查检查、医、医用透用透视视108101110161019射射线线贯贯穿本穿本领领最最强强工工业业探探伤伤、医用、医用治治疗疗101110192021/8/11 星期三14 (1)频率和波长不同的电磁波，表现出不同的特性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、；波长较短的紫外线、X射线、射线、射线等，穿透能力较强射线等，穿透能力较强(2)在电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的在电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和界线，如紫外线和X射线、射线、X射线和射线和射线都有重叠，但它们产生射线都有重叠，但它们产生的机理不同的机理不同2021/8/11 星期三15六、相对论简介六、相对论简介1经典的相对性原理经典的相对性原理 (1)如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参 考系叫惯性系，相对于这个惯性系做匀速直线运动考系叫惯性系，相对于这个惯性系做匀速直线运动 的另一个参考系也是惯性系的另一个参考系也是惯性系 (2)伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都 是相同的是相同的2021/8/11 星期三162狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理狭义相对性原理 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速与光源、观测者间的相对运动没有关系2021/8/11 星期三173相对论的质速关系相对论的质速关系 (1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速 度度v运动时的质量运动时的质量m与静止时的质量与静止时的质量m0之间有如下关系：之间有如下关系：m (2)物体运动时的质量物体运动时的质量m总要大于静止时的质量总要大于静止时的质量m0.2021/8/11 星期三18 回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后质量回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后质量增大，因此做圆周运动的周期变大，它的运动与加在增大，因此做圆周运动的周期变大，它的运动与加在D形盒上形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器粒子的能量受到了限制的交变电压不再同步，回旋加速器粒子的能量受到了限制2021/8/11 星期三19 (1)麦克斯韦电磁理论的内容是麦克斯韦电磁理论的内容是 (2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是总是_的，并和该处电磁波的传播方向的，并和该处电磁波的传播方向_，这，这就说明电磁波是就说明电磁波是_波波2021/8/11 星期三20 (3)目前雷达发射的电磁波频率多在目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz到到1000 MHz的范围内请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题：的范围内请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题：雷达发射电磁波的波长范围是多少？雷达发射电磁波的波长范围是多少？能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？2021/8/11 星期三21熟记麦克斯韦理论及电磁波的特点，记准电磁波熟记麦克斯韦理论及电磁波的特点，记准电磁波vf这一关系，理解雷达工作原理这一关系，理解雷达工作原理.2021/8/11 星期三22 解题指导解题指导(1)麦克斯韦电磁理论的内容是变化的麦克斯韦电磁理论的内容是变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场磁场产生电场，变化的电场产生磁场 (2)电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向电磁波在传播过程中，每处的电场方向和磁场方向总是垂直的，并和该处电磁波的传播方向垂直，这说明电总是垂直的，并和该处电磁波的传播方向垂直，这说明电磁波是横波磁波是横波2021/8/11 星期三23 (3)由由vf可得：可得：1 1.5 m，2 0.3 m.故波长范围是故波长范围是0.3 m1.5 m.雷达测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来雷达测距的原理就是通过发射和接收的时间间隔来确定距离，所以可根据确定距离，所以可根据x 确定和目标间的距离确定和目标间的距离答案答案见解题指导见解题指导2021/8/11 星期三24 一个原来静止的电子，经过一个原来静止的电子，经过100 V的电压加速后的电压加速后它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？这时它的动能是多少？质量改变了百分之几？速度是多少？这时能不能使用公式能不能使用公式Ek m0v2?2021/8/11 星期三25利用相对论中的质能方程来计算电子速度改变后质量利用相对论中的质能方程来计算电子速度改变后质量的改变的改变.公式公式Ek=mv2适用于物质速度较小（远小适用于物质速度较小（远小于光速）时动能的计算于光速）时动能的计算.2021/8/11 星期三26 解题指导解题指导加速后电子的动能是加速后电子的动能是 EkeU1.61019100 J1.61017 J 因为因为Ekmc2mec2 所以所以mme 因此因此 把数值代入，得把数值代入，得2.0104，即质量改变了，即质量改变了0.02%.2021/8/11 星期三27 这说明在这说明在100 V电压加速后，电子的速度与光速相比仍然电压加速后，电子的速度与光速相比仍然 很小，因此可以用很小，因此可以用Ek mev2这个公式这个公式 由由Ek mev2得电子的速度得电子的速度 v m/s5.9106 m/s.这个速度虽然达到了百万米每秒的数量级，但仅为光速的这个速度虽然达到了百万米每秒的数量级，但仅为光速的2%.答案答案 1.61017 J0.02%5.9106 m/s能能2021/8/11 星期三282021/8/11 星期三29