⑷实验证明:物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长λm 和物体温度T 之间满足关系λm T = b (b 为常数)。可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙学中,可以根据接收到的恒星发出的光的频率,分析其表面温度。
⑸可见光频率范围是3.9-7.5×1014Hz ,波长范围是400-770nm 。
针对性练习1: 为了转播火箭发射现场的实况,在发射场建立了发射台,用于发射广播电台和电视台两种信号。其中广播电台用的电磁波波长为550m ,电视台用的电磁波波长为0.566m 。为了不让发射场附近的小山挡住信号,需要在小山顶上建了一个转发站,用来转发_____信号,这是因为该信号的波长太______,不易发生明显衍射。
针对性练习2: 右图是伦琴射线管的结构示意图。电源E 给灯丝K 加热,从而发射出热电子,热电子在K 、A 间的强电场作用下高速向对阴极A 飞去。电子流打到A 极表面,激发出高频电磁波,这就是X 射线。下列说法中正确的有
A.P 、Q 间应接高压直流电,且Q 接正极
B.P 、Q 间应接高压交流电
C.K 、A 间是高速电子流即阴极射线,从A 发出的是X 射线即一种高频电磁波
D.从A 发出的X 射线的频率和P 、Q 间的交流电的频率相同
二、光的波粒二象性
1.光的波粒二象性
干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波;光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子;因此现代物理学认为:光具有波粒二象性。
2.正确理解波粒二象性
波粒二象性中所说的波是一种概率波,对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子,是指其不连续性,是一份能量。
⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性。 ⑵ν高的光子容易表现出粒子性;ν低的光子容易表现出波动性。
⑶光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性。
⑷由光子的能量E=h ν,光子的动量表示式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。
由以上两式和波速公式c=λν还可以得出:E = p c 。
针对性练习3:已知由激光器发出的一细束功率为P =0.15kW 的激光束,竖直向上照射在一个固态铝球的下部,使其恰好能在空中悬浮。已知铝的密度为ρ=2.7×103kg/m 3,设激光束的光子全部被铝球吸收,求铝球的直径是多大?(计算中可取π=3,g =10m/s 2)
四、物质波(德布罗意波)
由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去,得出物质波(德布罗意波)的概念: 任何一个运动着的物体都有一种波与它对应,该波的波长
针对性练习4:试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。
针对性练习5: 为了观察到纳米级的微小结构,需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是( )
A.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短,因此不容易发生明显衍射
B.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长,因此不容易发生明显衍射
C.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短,因此更容易发生明显衍射
D.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长,因此更容易发生明显衍射
λh p =
2018年高考物理学史总结 物理学史这部分内容在高考卷上通常以选择题形式出现(实验题中也会小概率出现),分值在6分以下,一般情况下不会出偏难怪的,毕竟这不是考纲里的重点。复习建议:以现有的生活经验常识为主,稍加了解就可以。现总结如下:1、伽利略 (1)通过理想实验推翻了亚里士多德“力是维持运动的原因”的观点 (2)推翻了亚里士多德“重的物体比轻物体下落得快”的观点 2、开普勒:提出开普勒行星运动三定律; 3、牛顿 (1)提出了三条运动定律。 (2)发现表万有引力定律; 4、卡文迪许:利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量G 5、爱因斯坦 (1)提出的狭义相对论(经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体) (2)提出光子说,成功地解释了光电效应规律,并因此获得诺贝尔物理学奖(3)提出质能方程2 E ,为核能利用提出理论基础 MC 6、库仑:利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。 7、焦耳和楞次 先后独立发现电流通过导体时产生热效应的规律,称为焦耳——楞次定律(这个很冷门!以教材为主!) 8、奥斯特 发现南北放置的通电直导线可以使周围的磁针偏转,称为电流的磁效应。 9、安培:研究电流在磁场中受力的规律(安培定则),分子电流假说,磁场能对电流产生作用 10、洛仑兹:提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛仑兹力)的观点。 11、法拉第 (1)发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象(教材上是这样的,实际不是有一定历史原因,以教材为主!) (2)提出电荷周围有电场,提出可用电场描述电场,提出电磁场、磁感线、电场线的概念 12、楞次:确定感应电流方向的定律,愣次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 13、亨利:发现自感现象(这个也比较冷门)。 14、麦克斯韦:预言了电磁波的存在,指出光是一种电磁波,为光的电磁理论奠定了基础。 15、赫兹: (1)用实验证实了电磁波的存在并测定了电磁波的传播速度等于光速。 (2)证实了电磁理的存在。 16、普朗克 提出“能量量子假说”——解释物体热辐射(黑体辐射)规律电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份的,即量子理论
电磁波和相对论 1.一艘太空飞船静止时的长度为30 m ,他以0.6c (c 为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球,下列说法正确的是( ) A .飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m B .地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C .飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D .地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 答案 B 解析 飞船上的观测者测得飞船的长度不变,仍为30 m ,由l =l 01-(v c )2 光学 电磁波 相对论 练习题 1.两束单色光A 、B 的波长分别为A λ、B λ,且A λ>B λ,则______(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大.用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时,可以观察到______(选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大. 【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理(江苏卷) 【答案】 A A 2.如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O 点),然后用横截面为等边三角形 ABC 的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC 边上。D 位于AB 边上,过D 点做AC 边的垂线交AC 于F 。该 同学在D 点正上方向下顺着直线DF 的方向观察。恰好可以看到小标记的像;过O 点做AB 边的垂线交直线 DF 于E ;DE =2 cm ,EF =1 cm 。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射) 【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理(全国III 卷) 【答案】 【解析】试题分析 本题考查折射定律、光在三棱镜中传播及其相关的知识点。 解析过D 点作AB 边的发现 ,连接OD ,则 为O 点发出的光纤在D 点的入射角;设该光线在D 点的折射角为β,如图所示。根据折射定律有 考点定位】光的折射,全反射,几何光学 【名师点睛】本题考查的知识点较多,涉及光的折射、全反射、光电效应方程、折射率与波长的关系、横波和纵波的概念等,解决本题的关键是能通过光路图判断出两种光的折射率的关系,并能熟练利用几何关系。 4.【2017·新课标Ⅱ卷】(10分)一直桶状容器的高为2l ,底面是边长为l 的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD ′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D 点射出的两束光线相互垂直, 第3讲电磁波 板块一主干梳理·夯实基础 【知识点1】变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场电磁波的产生、发射、接收及其传播Ⅰ 1.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。 2.电磁场:变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场。 3.电磁波:电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。 (1)电磁波是横波,在空间传播不需要介质。 (2)v=λf对电磁波同样适用。 (3)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 4.发射电磁波的条件 (1)要有足够高的振荡频率; (2)必须是开放电路,使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。 5.调制:有调幅和调频两种方法。 6.电磁波的传播 (1)三种传播方式:天波、地波、空间波。 (2)电磁波的波速:真空中电磁波的波速与光速相同,c=3.0×108 m/s。 7.电磁波的接收 (1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相等时,接收电路中产生的振荡电流最强,这就是电谐振现象。 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐,能够调谐的接收电路叫作调谐电路。 (3)从经过调制的高频振荡电流中还原出调制信号的过程叫作解调,解调是调制的逆过程,调幅波的解调也叫作检波。 8.电磁波的应用 电视、雷达和移动电话。 【知识点2】电磁波谱Ⅰ 1.定义 按电磁波的波长从长到短排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线,形成电磁波谱。2.电磁波谱的特性、应用 【知识点3】 狭义相对论的基本假设'质速关系 爱因斯坦质能方程 Ⅰ 1.狭义相对论的两个基本假设 (1)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。 (2)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,光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。 2.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,物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间有如下关系: m = m 0 1-? ?? ??v c 2。 (2)物体运动时的质量m 总要大于静止时的质量m 0。 一、力学: 1、1638年,意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快;并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验,证明了他的观点是正确的,推翻了古希腊学者亚里士多德的观点(即:质量大的小球下落快是错误的); 2、1654年,德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验——马德堡半球实验; 3、1687年,英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律(即牛顿三大运动定律)。 牛顿第一定律—惯性定律:一切物体中保持匀速直线运动或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。(力是改变物体运动状态的原因) 牛顿第二定律:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度的方向与作用力的方向相同。(作用力即合外力;F=ma) 牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。 4、17世纪,伽利略通过构思的理想实验指出:在水平面上运动的物体若没有摩擦,将保持这个速度一直运动下去;得出结论:力是改变物体运动的原因,推翻了亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因。 同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出:如果没有其它原因,运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。 5、英国物理学家胡克对物理学的贡献:胡克定律(F=kx);经典题目:胡克认为只有在一定的条件下,弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比(对) 6、17世纪,伽利略通过理想实验法指出:在水平面上运动的物体若没有摩擦,将保持这个速度一直运动下去;同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出:如果没有其它原因,运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。 7、人们根据日常的观察和经验,提出“地心说”,古希腊科学家托勒密是代表;而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”,大胆反驳地心说。 8、17世纪,德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律; 开普勒第一定律(轨道定律):所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆的,太阳处在椭圆的一个焦点上。 开普勒第二定律(面积定律):对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。 开普勒第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它轨道周期的二次方的比值都相等。 9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律;1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量; 11、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。 二、电磁学:(选修3-1、3-2) 1、1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律,并测出了静电力常量k的值。 2、1837年,英国物理学家法拉第最早引入了电场概念,并提出用电场线表示电场。 3、1913年,美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量,获得诺贝尔奖。 4、1826年德国物理学家欧姆(1787-1854)通过实验得出欧姆定律。 5、1911年,荷兰科学家昂尼斯(或昂纳斯)发现大多数金属在温度降到某一值时,都会出 第十四章 电磁波 相对论简介 课时作业39 电磁波 时间:45分钟 满分:100分 一、选择题(8×8′=64′) 1.(2010·天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是( ) A .均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B .电磁波在真空和介质中传播速度相同 C .只要有电场和磁场,就能产生电磁波 D .电磁波在同种介质中只能沿直线传播 解析:电磁波在真空中传播速度最大,为c =3×108 m/s ,在介质中传播速度v =c n ,n 为介质折射率,选项B 错误;均匀变化的电场或磁场,不能产生电磁波,选项C 错误;电磁波在均匀介质中沿直线传播,选项D 错误. 答案:A 2.关于电磁波,下列说法中正确的是( ) A .在真空中,频率越高的电磁波速度越大 B .在真空中,电磁波的能量越大,传播速度越大 C .电磁波由真空进入介质,速度变小,频率不变 D .只要发射电路的电磁振荡停止,产生的电磁波立即消失 解析:电磁波在真空中的传播速度都是光速,与频率、能量无关,而在介质中的传播速度要小于在真空中的传播速度.一旦电磁波形成了,电磁场就会向外传播,当波源的电磁振荡停止了,只是不能产生新的电磁波,但已发出的电磁波不会消失. 答案:C 3.关于γ射线,以下说法中正确的是( ) A .比伦琴射线频率更高,穿透能力更强 B .用来检测金属材料内部伤痕、裂缝、气孔等 C .利用γ射线穿透力强制成金属测厚计来检测金属板的厚度 D .“γ刀”是利用了γ射线的强穿透能力 解析:由于γ射线是一种比X 射线波长更短的电磁波,γ射线的能量极高,穿透能力比X 射线更强,也可用于金属探伤等,所以选项A 、B 、C 正确. 答案:ABC 专题十六 电磁波 相对论 12.(2013·高考江苏卷)(2)如图所示,两艘飞船A 、B 沿同一直线同向飞行,相对地面的速度均为v (v 接近光速c ).地面上测得它们相距为L ,则A 测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L .当B 向A 发出一光信号,A 测得该信号的速度为________. 解析:(2)根据长度的相对性得L =L 0 1-????v c 2 所以A 测得两飞船间的距离L 0=L 1-??? ?v c 2 >L . 根据狭义相对论的基本假设,光信号的速度为光速c . 答案:(2)大于 c (或光速) 14.(2013·高考浙江卷)关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是( ) A .电磁波可以传递信息,声波不能传递信息 B .手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C .太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同 D .遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X 射线波长相同 解析:选B.声波、电磁波都能传递能量和信息,A 项错误;在手机通话过程中,既涉及电磁波又涉及声波,B 项正确;可见光属于电磁波,B 超中的超声波是声波,波速不同,C 项错误;红外线波长较X 射线波长长,故D 项错误. 1.(2013·高考四川卷) 下列关于电磁波的说法,正确的是( ) A .电磁波只能在真空中传播 B .电场随时间变化时一定产生电磁波 C .做变速运动的电荷会在空间产生电磁波 D .麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 解析:选C.电磁波的传播不需要介质,真空、空气以及其他介质都能传播电磁波,选项A 错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电场产生稳定的磁场,只有不均匀变化的电场或不均匀变化的磁场才能产生电磁波,选项B 错误;做变速运动的电荷会产生变化的电场,故选项C 正确;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,选项D 错误. 6.3狭义相对论被人们接受的经过 由于人们的思想长期受到传统观念的束缚,一时难于接受崭新的时空观,爱因斯坦的论文发表后,相当一段时间受到冷遇,被人们怀疑甚至遭到反对。在法国,直到1910年几乎没有人提到爱因斯坦的相对论。在实用主义盛行的美国,最初十几年中也没有得到认真对待。迈克耳孙至死(1931年)还念念不忘“可爱的以太”,认为相对论是一个怪物。英国也不例外,在人们的头脑里以太的观念太深了,相对论彻底否定以太的必要性,被人们看成是不可思议的事。当时甚至掀起了一场“保卫以太”的运动。J.J.汤姆生在1909年宣称:“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造,对我们来说,就象我们呼吸空气一样不可缺少”①。1911年美国科学协会主席马吉(M.F.Magie)说:“我相信,现在没有任何一个活着的人真的会断言,他能够想象出时间是速度的函数。”被爱因斯坦誉为相对论先驱的马赫,竟声明自己与相对论没有关系,“不承认相对论”。有一位科学史家叫惠特克(S.E.Whittaker)在写相对论的历史时,竟把相对论的创始人归于彭加勒和洛仑兹,认为爱因斯坦只是对彭加勒和洛仑兹的相对论加了一些补充。 爱因斯坦是1922年获诺贝尔物理奖的。不过不是由于他建立了相对论,而是“为了他的理论物理学研究,特别是光电效应定律的发现”。诺贝尔物理奖委员会主席奥利维亚(Aurivillus)为此专门写信给爱因斯坦,指明他获奖的原因不是基于相对论,并在授奖典礼上解释说:因为有些结论目前还正在经受严格的验证。 普朗克和闵可夫斯基(H.Minkowski)可以说是支持相对论的代表。正是普朗克,当时作为《物理学年鉴》的主编,认识到爱因斯坦所投论文的价值,及时地予以发表。所以人们常说,普朗克有两大发现,一是发现了作用量子,二是发现了爱因斯坦。他的学生劳厄在1911年就致力于宣传相对论,大概也是受了他的影响。闵可夫斯基本是爱因斯坦的老师,1908年发表《空间与时间》一文,把空时-时间合并成四维空间,重新处理了相对论的基本方程,把洛仑兹变换看成是空间-时间四维坐标的变换。这样就可以使相对论的规律以更加简洁的形式表达出来。 关于狭义相对论受人们怀疑和反对的情况,可以举电磁质量的实验检验来作些说明(注)。狭义相对论有一重要结果,就是预言电子质量会随运动速度增长。从经典电磁理论出发也可以得到类似的结论,因为运动电荷会产生磁场,电磁场的能量增大,相当于质量也增大。经典电磁理论家阿伯拉罕(M.Abraham)假设电子是一个有确定半径的钢性带电小球,它在运动中产生的磁场引起电磁质量,由此推出了电子的质量公式。1901年,实验物理学家考夫曼用β射线的高速电子流进行实验,证实电子的质量确实是随速度变化的。洛仑兹到1904年则根据收缩假说也推出了电子质量公式。后来证明洛仑兹公式与狭义相对论的结果一致。1906年,考夫曼宣布,他的量度结果证实了阿伯拉罕的理论公式,而“与洛仑兹-爱因斯坦的基本假定不相容”。这件事一度竟成了否定相对论的重要依 课时作业38 电磁波 相对论简介 时间:45分钟 满分:100分 一、选择题(8×8′=64′) 1.(2020·天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是( ) A .均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B .电磁波在真空和介质中传播速度相同 C .只要有电场和磁场,就能产生电磁波 D .电磁波在同种介质中只能沿直线传播 解析:电磁波在真空中传播速度最大,为c =3×108 m/s ,在介质中传播速度v =c n ,n 为介质折射率,选项B 错误;均匀变化的电场或磁场,不能产生电磁波,选项C 错误;电磁波在均匀介质中沿直线传播,选项D 错误. 答案:A 2.关于电磁波,以下说法正确的是( ) A .电磁波是能量存在的一种方式 B .电磁波能够传递能量 C .电磁波不是真实的物质 D .微波炉就是用微波的能量来煮饭烧菜的 解析:场是一种看不见,摸不着,但真实存在的客观物质,电磁波是电磁场在周围空间中传播而形成的,所以也是一种客观物质,答案C 错误. 答案:ABD 3.关于γ射线,以下说法中正确的是( ) A .比伦琴射线频率更高,穿透能力更强 B .用来检测金属材料内部伤痕、裂缝、气孔等 C .利用γ射线穿透力强制成金属测厚计来检测金属板的厚度 D .“γ刀”是利用了γ射线的强穿透能力 解析:由于γ射线是一种比X射线波长更短的电磁波,γ射线的能量极高,穿透能力比X射线更强,也可用于金属探伤等,所以选项A、B、C正确.答案:ABC 4.关于电磁波的发射,下列说法中正确的是( ) A.各种频率的电磁振荡都能辐射电磁波,只是辐射的能量所占振荡总能量的比例不同罢了,振荡周期越大,越容易辐射电磁波 B.为了有效向外辐射电磁波,振荡电路必须采用开放电路,同时提高振荡频率C.为了有效向外辐射电磁波,振荡电路不需采用开放电路,但要提高振荡频率D.提高振荡频率和电路开放是发射电磁波的必要手段,振荡电路开放的同时,其振荡频率也随之提高 解析:电磁波的发射应该采用开放电路,同时频率越高,发射范围越大. 答案:B 图1 5.一根10m长的梭镖以相对速度穿过一根10 m长的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的.以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况?( ) A.梭镖收缩变短,因此在某些位置上,管子能完全遮住它 B.管子收缩变短,因此在某些位置上,梭镖从管子的两端伸出来 C.两者都收缩,且收缩量相等,因此在某个位置,管子恰好遮住梭镖 D.所有这些都与观察者的运动情况有关 解析:如果你是在相对于管子静止的参考系中观察运动着的梭镖,那么梭镖看起来就比管子短,在某些位置梭镖会完全处在管子内部.然而当你和梭镖一起运动时,你看到的管子就缩短了,所以在某些位置,你可以看到梭镖两端都伸出管子.假如你在梭镖和管子之间运动,运动的速度是在梭镖运动的方向上,而大小是其一半;那么梭镖和管子都相对于你运动,且速度的大小一样;你看到这两样东西都缩短了,且缩短的量相同.所以你看到的一切都是相对的——依赖于你的参考系.答案:D 6.如图2所示,一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车,都被加 第2讲光的波动性电磁波相对论 考纲考情核心素养 ?光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ ?电磁波的产生Ⅰ ?电磁波的发射、传播和接收Ⅰ ?电磁波谱Ⅰ ?狭义相对论的基本假设Ⅰ ?质能关系Ⅰ 实验:用双缝干涉测光的波长 ?光的衍射、光的干涉、光的偏振、电 磁波. ?麦克斯韦电磁理论、狭义相对论. 物理观念 全国卷5年3考 高考指数★★★★☆ ?用双缝干涉测光的波长.科学思维 知识点一光的干涉、衍射和偏振 1.光的干涉 (1)定义:在两列光波叠加的区域,某些区域相互加强,出现明条纹,某些区域相互减弱,出现暗条纹,且加强区域和减弱区域相互间隔的现象. (2)条件:两束光的频率相同、相位差恒定. (3)双缝干涉图样特点:单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹;白光照射时,中央为白色亮条纹,其余为彩色条纹. 2.光的衍射 (1)发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显. (2)衍射条纹的特点(如图所示) 直观情景 3.光的偏振 (1)偏振现象:横波只沿某一特定方向振动,称为波的偏振现象. (2)自然光通过偏振片后,就得到了偏振光. 直观情景 知识点二 电磁场和电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论与电磁场 如图所示:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场;变化的电场和磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场. 2.电磁波 (1)产生:电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波. (2)电磁波的性质 ①电磁波是横波(选填“纵波”或“横波”),在空间传播不需要介质. ②真空中电磁波的速度为光速. ③公式v =λf 对电磁波同样适用. ④电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象. 知识点三 相对论 1.狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对论原理: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:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,光速和光源、观测者间的相对运动没有关系. 2.质速关系 (1)物体的质量随物体速度的增加而增大,物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m 0之间有如下关系:m =m 0 1-? ????v c 2. (2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m 0. 第55讲电磁波相对论简介 考情剖析 (注:①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识,Ⅱ代表理解和应用;②命题难度中的A代表容易,B代表中等,C代表难) 知识 整合 知识网络 基础自测 一、麦克斯韦电磁场理论 1.麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场(电场)能够在周围空间产生________________________________________________________________________ ________________; (2)均匀变化的磁场(电场)能够在周围空间产生稳定的__________; (3)振荡的磁场(电场)能够在周围空间产生同________的振荡电场(磁场). 2.电磁场和电磁波:变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一体,即为电磁场.__________由近及远的传播就形成了电磁波. 电磁波的特点: (1)电磁波是________________波.在传播方向的任一点E 和B 随时间作正弦规律变化,E 与B 彼此垂直且与传播方向垂直. (2)电磁波的传播速度v =λf =λ T ,在真空中的传播速度等于__________速. (3)__________预言了电磁波的存在.__________证实了电磁波,测出了波长和频率,证实传播速度等于光速;验证电磁波能产生反射、折射、衍射和干涉. 3.对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解 二、电磁波的发射 1.有效地向外发射电磁波的振荡电路应具备的特点: (1)要有足够高的振荡__________.理论的研究证明,振荡电路向外界辐射能量的本领与频率的四次方成正比; (2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的__________,才能有效地把电磁场的能量传播出来. 2.发射电磁波的目的:传递信息(信号) 把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上,使电磁波随各种信号而改变叫做调制.其中,使高频振荡的电磁波振幅随信号而改变叫做__________;使高频振荡的电磁波频率随信号而改变叫做__________. 三、电磁波的传播 电磁波以横波形式传播,其传播不需要__________,传播方式有天波、地波和空间波(又称直线波).传播速度和频率、波长的关系为__________. 四、电磁波的接收 使接收电路产生电谐振的过程叫做________________________________________________________________________.使声音或图像信号从高频电流中还原的过程,即调制的逆过程,叫做________________________. 五、电磁波的传播及波长、频率、波速 (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)v=λf,f是电磁波的频率,即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f=1 2πLC ,改变L或C即可改变f,从而改变电磁波的波长λ. 六、电磁波与机械波的比较 物理学史总结 一、力学 1、1638年,意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快;并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验,证明了他的观点是正确的,推翻了古希腊学者亚里士多德的观点(即:质量大的小球下落快是错误的); 2、17世纪,伽利略通过构思的理想实验指出:在水平面上运动的物体若没有摩擦,将保持这个速度一直运动下去;得出结论:力是改变物体运动的原因,推翻了亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出:如果没有其它原因,运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。 3、1687年,英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律(即牛顿三大运动定律)。 4、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。 5、1638年,伽利略在《两种新科学的对话》一书中,运用观察-假设-数学推理的方法,详细研究了抛体运动。 6、人们根据日常的观察和经验,提出“地心说”,古希腊科学家托勒密是代表;而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”,大胆反驳地心说。 7、17世纪,德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律; 8、牛顿于1687年正式发表万有引力定律;1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量; 9、1846年,英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律,计算并观测到海王星,1930年,美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。 10、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖,与现代火箭原理相同; 俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父,他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。 11、1957年10月,苏联发射第一颗人造地球卫星; 1961年4月,世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。 二、电磁学 12、1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律,并测出了静电力常量k的值。 13、16世纪末,英国人吉伯第一个研究了摩擦是物体带电的现象。 18世纪中叶,美国人富兰克林提出了正、负电荷的概念。 1752年,富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式,把天电与地电统一起来,并发明避雷针。 14、1913年,美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量,获得诺贝尔奖。 15、1837年,英国物理学家法拉第最早引入了电场概念,并提出用电场线表示电场。 16、1826年德国物理学家欧姆(1787-1854)通过实验得出欧姆定律。 17、1911年,荷兰科学家昂纳斯发现大多数金属在温度降到某一值时,都会出现电阻突然降为零的现象——超导现象。 第5课时 电磁波与相对论 导学目标 1.掌握麦克斯韦电磁场理论的两个要点,理解电磁波的概念.2.掌握电磁波的产生及其传播、发射和接收,掌握电磁波谱.3.掌握狭义相对论的基本假设和几个重要结论,以及相对论质能关系式. 一、电磁场与电磁波 [基础导引] 麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么?请用麦克斯韦的电磁场理论说明电磁波是怎样产生的. [知识梳理] 1.麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场. 2.电磁场 变化的电场在周围空间产生磁场,变化的磁场在周围空间产生电场,变化的电场和磁场成为一个完整的整体,这就是电磁场. 3.电磁波 电磁场(电磁能量)由近及远地传播形成电磁波. (1)电磁波是______波,在空间传播__________介质. (2)真空中电磁波的速度为________ m/s. 二、无线电波的发射和接收 [知识梳理] 1.发射电磁波的条件 (1)要有足够高的振荡频率; (2)电路必须开放,使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间. 2.调制有________和________两种方式,________是调制的逆过程. 三、相对论的简单知识 [基础导引] 火箭以0.75c 的速度离开地球,从火箭上向地球发射一个光信号.火箭上测得光离开的速度是c ,根据过去熟悉的速度合成法则,光到达地球时地球上测得的光速是多少?根据狭义相对论原理呢? [知识梳理] 1.狭义相对论的基本假设 (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. 2.时间间隔的相对性Δt =Δτ 1-????v c 2 . 3.长度的相对性l =l 01-??? ?v c 2. 专题14 光电磁波相对论 (2012 浙江)20、为了测量储罐中不导电液体的高度,将与储罐外面壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中,电容器可通过开关S与线圈L或电源相连,如图所示。当开关从a拨到b时,由L与C构成的回路中产生周期错误!未找到引用源。的振荡电流。当罐中的液面上升时 A.电容器的电容减小 B. 电容器的电容增大 C. LC回路的振荡频率减小 D. LC回路的振荡频率增大 20【答案】BC 【考点】电容器 【解析】根据平行板电容的电容公式 4S C kd επ= ,知道液面上升,则板间的平均电介质ε 增大,得C 增大,B 项对;LC 振荡电路周期 ,在C 增大时,T 增大,所 以频率减小,C 项对。 (2012新课标)34.(2)(9分) 一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜,以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为2,求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。 (2)【考点】全反射 解:如图,考虑从玻璃立方体中心O 点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射。根据折射定律有sin sin n θα= ① 式中,n 是玻璃的折射率,入射角等于θ,α是折射角。 现假设A 点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点。由题意,在A 点刚好发生全反射,故2 A π α= ② 设线段OA 在立方体上表面的投影长为R A ,由几何关系有A 22 sin ()2 A A a R θ+③ 式中a 为玻璃立方体的边长,有①②③式得2 21 A R n = - 由题给数据得2 A a R = ⑤ 由题意,上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为R A 的圆。所求的镀膜面积S ′ 专题十七光学、电磁波与相对论初步 考点一光的折射与全反射 1.[2018河南八市第一次测评,17(2)]如图所示,玻璃三棱镜的横截面是边长为a的等边三角形,BC面沿竖直方向,O点为BC的中点,现用一束宽为a的单色平行光束水平射向AB及AC面,若玻璃三棱镜对此平 行光束的折射率为√3。 ①求射向AB中点P的光线经折射后直接到达BC边的位置; a处放置一平行BC面的光屏,光屏上被照亮的竖直长度为多少? ②若距O点距离为√3 3 答案①BC边的中点②2a 2.(2019山西百日冲刺)同一材料制成的透明体由半径为R的半球体和长度为L、半径为R的圆柱体组成,截面图如图所示,O为半球体的球心。某细束单色光沿PO方向射向半球面,在BC边恰好发生全反射,最后沿与DC夹角为θ的方向从CD边射出,已知光在真空中的速度大小为c。求 ①透明体对该光的折射率n; ②该光在透明体中传播的时间t。 答案①该光在透明体中的光路如图所示,该光在BC边恰好发生全反射,α为临界角,则有: sinα=1 n 又:n=sin(90°?θ) sin(90°?α) 解得:n=√1+cos2θ ②由光的折射规律有:n=c v 该光沿AD方向的分速度大小为: v x=v sinα,且sinα=1 2 该光在透明体中传播时间为:t=Rsinα+L v x 解得:t=R√1+cos2θ+L(1+cos2θ) c 3.(2019安徽A10联盟2月联考)如图是某种玻璃材料制成的空心圆柱体的截面图,玻璃圆柱体的半径为2R,空心部分是半径为R的圆,两圆同心。一束单色光(平行于截面)从圆柱体外表面上的A点以入射角i射入玻璃材料中,光束经折射后恰好与内圆面相切于B点,已知该玻璃材料对此单色光的折射率为√2。 (Ⅰ)求入射角i; (Ⅱ)欲使该光束从A点入射后,恰好在内圆面上发生全反射,则入射角i'是多少? 答案(Ⅰ)45°(Ⅱ)30° 4.直角等腰玻璃三棱镜ABC的截面如图所示,∠ABC=∠ACB=45°,一条单色光从腰AB上的D点射入三棱镜,在玻璃内部折射光线为DE,折射角r=30°,折射光线传播到BC边上的E点。已知该玻璃三棱镜的折射率n=√2。 (ⅰ)求光线的入射角i(图中未标出); (ⅱ)判断光线能否在E点发生全反射。 答案本题考查了光的折射和全反射,体现了科学思维中科学推理要素。 (ⅰ)根据光的折射定律有 n=sini sinr 解得i=45° (ⅱ)根据几何关系有∠DEB=15° 光线在BC边的入射角为α=75° 设光线从玻璃射入空气发生全反射的临界角为C,则 sin C=1 n 可得C=45° 高中物理中出现的所有物理学史资料的总结 1、胡克:英国物理学家;发现了胡克定律(F 弹=kx) 2、伽利略:意大利的着名物理学家;伽利略时代的仪器、设备十分简陋,技术也比较落后,但伽利略巧妙地运用科学的推理,给出了匀变速运动的定义,导出S 正比于t2 并给以实验检验;推断并检验得出,无论物体轻重如何,其自由下落的快慢是相同的;通过斜面实验,推断出物体如不受外力作用将维持匀速直线运动的结论。后由牛顿归纳成惯性定律。伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。 3、牛顿:英国物理学家;动力学的奠基人,他总结和发展了前人的发现,得出牛顿定律及万有引力定律,奠定了以牛顿定律为基础的经典力学。 4、开普勒:丹麦天文学家;发现了行星运动规律的开普勒三定律,奠定了万有引力定律的基础。 5、卡文迪许:英国物理学家;巧妙的利用扭秤装置测出了万有引力常量。 6、布朗:英国植物学家;在用显微镜观察悬浮在水中的花粉时,发现了“布朗运动”。 7、焦耳:英国物理学家;测定了热功当量J= 焦/卡,为能的转化守恒定律的建立提供了坚实的基础。研究电流通过导体时的发热,得到了焦耳定律。 8、开尔文:英国科学家;创立了把-273℃作为零度的热力学温标。 9、库仑:法国科学家;巧妙的利用“库仑扭秤”研究电荷之间的作用,发现了“库仑定律”。 10、密立根:美国科学家;利用带电油滴在竖直电场中的平衡,得到了基本电荷 e 。 11、欧姆:德国物理学家;在实验研究的基础上,欧姆把电流与水流等比较,从而引入了电流强度、电动势、电阻等概念,并确定了它们的关系。 12、奥斯特:丹麦科学家;通过试验发现了电流能产生磁场。 13、安培:法国科学家;提出了着名的分子电流假说。 14、汤姆生:英国科学家;研究阴极射线,发现电子,测得了电子的比荷e/m;汤姆生还提出了“枣糕模型”,在当时能解释一些实验现象。 15、劳伦斯:美国科学家;发明了“回旋加速器”,使人类在获得高能粒子方面迈进了一步。 16、法拉第:英国科学家;发现了电磁感应,亲手制成了世界上第一台发电机,提 《光学电磁波相对论》考点解读 河北省鸡泽县第一中学057350吴社英 考纲展示 新的考试大纲几何光学对光导纤维、光的色散等考点为Ⅰ类要求,对光的折射考点为Ⅱ类要求;物理光学对光的本性学说、光的干涉、光的衍射、光的偏振、电磁波谱等考点为Ⅰ类要求。其中光的折射的应用要求较高。 考点解读 本单元内容为课标高考的选考内容,是选修模块3-4中的两部分重要内容之一,高考命题为了突出知识的覆盖面,该部分出题的可能性很大,涉及的考点也很多高考命题具有以下特点: 1. 突出对折射定律的考查:光的折射定律是本单元唯一的一个Ⅱ级考点,光的折射和全反射是高考命题热点光的折射、色散、全反射及光速和折射率的关系是高考考查的重点; 2 .注重联系实际、联系高科技:干涉现象、衍射现象、偏振现象等方面的知识与大学物理内容有千丝万缕的联系,且涉及较多物理学研究方法,薄膜干涉等知识容易和实际应用相结合命制相关试题既能考查基本知识,又能考查应用能力,应予以关注; 3.电磁波、相对论命题的可能性极小:这部分内容虽属于考纲内容,但从历年命题特点看,出题的可能性很小,这部分内容定性了解即可 考点一:对折射定律的理解和应用 1.在解决光的折射问题时,应根据题意分析光路,即作出光路图,找出入射角和折射角,然后应用公式来求解.找出临界光线往往是解题的关键. 2.分析全反射现象的问题时,先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于等于临界角,若满足全反射的条件,则再由折射定律和反射定律来确定光的传播情况.例12009年10月6日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2009年诺贝尔物理学 奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯.高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性的成就.若光导纤维是由内芯和包层组成,下列说法正确的是() A.内芯和包层折射率相同,折射率都大 B.内芯和包层折射率相同,折射率都小 C.内芯和包层折射率不同,包层折射率较大 D.内芯和包层折射率不同,包层折射率较小 解析:为了使光线不射出来,必须利用全反射,而发生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进入折射率较小的光疏介质.且入射角大于等于临界角,因此,内 芯的折射率应大于包层的折射率,故选项D正确. 答案:D 变式练习 1.(08·宁夏·32)一半径为R的1/4球体放置在水平面 上,球体由折射率为3的透明材料制成。现有一束位于过 物理总复习:电磁波、相对论的基本假设、质速关系 编稿:李传安审稿:张金虎 【考纲要求】 1、知道电磁振荡及其产生过程 2、知道电磁振荡的周期和频率 3、了解麦克斯韦电磁场理论 4、知道电磁波的产生、特点及应用 5、了解狭义相对论的基本假设和相对时空观。 【知识络】 【考点梳理】 考点一、电磁振荡 要点诠释: 1、振荡电路 能够产生振荡的电流的电路。常见的振荡电路是由一个电感线圈和一个电容器组成, 简称LC回路。 2、电磁振荡 在振荡电路产生振荡电流的过程中,电容器极板上的电荷,通过线圈的电流,以及与电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性变化的现象。 3、电磁振荡的周期与频率 周期2TLC??,频率12fLC?? 由公式可知,改变T和f的大小,可以通过改变电容C或电感L来实现。由SCd??知,要改变C的大小,可改变电容器两极板的正对面积S、介电常数?或两极板的距离d 来实现;改变L的大小,可改变线圈的匝数、长度、线圈的直径或插、拔铁芯来实现。 4、阻尼振荡和无阻尼振荡 (1)阻尼振荡:振幅逐渐减小的振荡。图像如图(1)所示。 (2)无阻尼振荡,振幅不变的振荡。图像如图(2)所示。 5、LC回路中各量的周期性变化 电容器放电时,电容器所带电荷量、极板间的场强和电场能均减小,直到零;电路中的电流、线圈产生的磁感应强度和磁场能均增大,直到最大值。充电时,情况相反。电容器正反向充放电一次,便完成一次振荡的全过程。图表示振荡过程中电路中的电流和极板上的电荷量的周期性变化。 6、从能量的转化角度分析电磁振荡过程 理解电磁振荡过程中各物理量的变化规律,最好从电场能和磁场能相互转化的角度深化认识。电磁振荡的过程实质上是电场能和磁场能相互转化的过程,在这一过程中电容 专题17 光学电磁波相对论1.(2020·江苏)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射 强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是 A.I增大,λ增大 B.I增大,λ减小 C.I减小,λ增大 D.I诚小,λ减小 【答案】B 【解析】黑体辐射的实验规律如图。 特点是,随着温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,所以人体热辐射的强度I增大;随着温度的升高,辐射强度的峰值向波长较短的方向移动,所以λ减小。 故选B。 2.(2020·浙江)在的过程中,广泛使用了红外体温计测量体温,如图所示。下列说法正确的是 A.当体温超过37.3℃时人体才辐射红外线 B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线 C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的 D.红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的 【解析】AB .凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射,故人体一直都会辐射红外线,故A 错误, B 错误;CD .人身体各个部位体温是有变化的,所以辐射的红外线强度就会不一样,温度越高红外线强度越高,温度越低辐射的红外线强度就越低,所以通过辐射出来的红外线的强度就会辐射出个各部位的温度;红外体温计并不是靠体温计发射红外线来测体温的,故C 错误,D 正确。故选D 。 3.(2020·浙江)下列说法正确的是 A .质子的德布罗意波长与其动能成正比 B .天然放射的三种射线,穿透能力最强的是α 射线 C .光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关 D .电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性 【答案】D 【解析】A .由公式h p λ==,可知质子的德布罗意波长1p λ∝ ,λ∝,故A 错误;B .天然放射的三种射线,穿透能力最强的是γ射线,故B 错误;C .由k E h W ν=?,当0h W ν=,可知截止频率与入射光频率无关,由材料决定,故C 错误;D .电子束穿过铝箱后的衍射图样说明电子具有波动性,故D 正确。故选D 。 4.(2020·Ⅰ)如图所示,圆心为O 、半径为R 的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线从P 点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射;当入射角θ = 60°时,光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c ,则 A .玻璃砖的折射率为1.5 B .OP R C D .光从玻璃到空气的临界角为30°光学 电磁波 相对论 练习题
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