2020年高考物理一轮复习 第15章 第67讲 光的波动性 电磁波 相对论学案(含解析)(选修3-4)

05介质，可在真空中传播，在真空中不同频率(3)与机械波不同，电磁波的传播不需要□06相同(都等于光速)。c＝λf。 的电磁波传播速度□07介质(4)机械波在介质中传播的速度只与介质有关，而电磁波在介质中传播的速度与□08频率均有关。v＝λf。 和□(5)电磁波具有反射、折射、衍射、干涉的特性。 3．电磁波的发射与接收 (1)电磁波的发射

09开放电路；振荡频率□10足够高。 ①发射条件：应用□②调制：为了利用电磁波传递声音、图像等信号，就要对传输信号进行调制，常用的调制方式有两种：

11振幅随信号的强弱而变。 a．调幅：使高频电磁波的□12频率随信号的强弱而变。 b．调频：使高频电磁波的□(2)电磁波的接收

13相等时，激起的振荡电流□14最强，①当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率□这就是电谐振现象。

15调谐。能够调谐的接收电路叫做□16调谐电路。 ②使接收电路产生电谐振的过程叫做□17解调。18调制的逆过③从经过调制的高频电流中“检”出调制信号的过程，叫做□它是□19检波。 程。调幅波的解调也叫做□4．电磁波谱

20波长或□21频率的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱。 按照电磁波的□22可见光、紫外线、X射线、按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、□γ射线。

(1)对电磁波谱的理解

①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、γ射线等，穿透能力较强。

②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、

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X射线和γ射线都有重叠，但它们产生的机理不同。

(2)不同电磁波的特点及应用

①无线电波波动性强，应用于通信、广播、天体物理研究。

23热效应强，应用于遥控、遥测、加热、红外摄像、红外制导。 ②红外线□③可见光感光性强，应用于照明、照相等。

24化学作用、□25荧光效应强，应用于杀菌、防伪等。 ④紫外线□26穿透力强，应用于检查、探测、医用透视。 ⑤X射线□27穿透力最强，应用于工业探伤、医用治疗。 ⑥γ射线□二、相对论初步 1．经典的相对性原理

28相同的。 (1)表述一：力学规律在任何惯性系中都是□(2)表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。

29平权的。 (3)表述三：任何惯性参考系都是□2．狭义相对论的两个基本假设

30物理规律都是相同的。 (1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切□31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□3．狭义相对论的几个结论 (1)长度的相对性

狭义相对论中的长度公式l＝l0

1－??中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的

c?v?2??

长度，而l可认为杆沿杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测出的杆的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度。

(2)时间间隔的相对性 时间间隔的相对性公式Δt＝

Δτ?v?21－???c?

中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量

同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt则是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这就是狭义相对论中的时间膨胀(动钟变慢)。

(3)相对论的质速关系

32增大，①物体的质量随物体速度的增大而□物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m＝

m0

?v?2

1－???c?

。

33大于静止时的质量m0。 ②物体运动时的质量总要□(4)相对论质能关系

34mc。 用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为E＝□2

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1．间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离开也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于( )

A．可见光波段 B．红外波段 C．紫外波段 D．X射线波段 答案 B

解析 红外线是看不见的光，它的波长比可见光的红光还长，它的热作用比较强，并且不同的物体辐射的红外线的波长和强度不同，利用灵敏的红外线探测器吸收物体发出的红外线，然后用电子仪器对接受到的信号进行处理，就可以察知被探物体的特征，可制成热谱仪、夜视仪等，题中这种遥感照相机敏感的电磁波属于红外线。B正确。

2．(2016·全国卷Ⅱ)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( ) A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波

C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 答案 ABC

解析 电磁波在真空中的传播速度为3×10 m/s，与频率无关，A项正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，B项正确；变化的电场和磁场相互激发，且相互垂直，形成的电磁波的传播方向与电场和磁场均垂直，C项正确；电磁波可以通过电缆、光缆传播，D项错误；电磁振荡停止后，电磁波可以在空间继续传播，直到能量消耗完为止，E项错误。

3．[教材母题] (人教版选修3－4 P104·T4)A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB＜vC。地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？

[变式子题] (多选)用相对论的观点判断，下列说法正确的是( ) A．时间是绝对的，空间是相对的

B．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变

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C．在地面上的人看来，高速运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的

D．在地面上的人看来，高速运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些

E．当物体运动的速度v?c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计 答案 CDE

解析 时间和空间都是相对的，A、B错误；根据“时间膨胀”和“长度收缩”效应，C、D正确；当速度v?c时，1－??≈1，所以“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计，

cE正确。

课后作业 [巩固强化练]

1．(多选)下列说法正确的是( )

A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象

B．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理

C．做双缝干涉实验时，用绿光照射单缝，在光屏P上观察到干涉条纹，用红光代替绿光照射单缝将得到相邻条纹间距更大的干涉图样

D．相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了

E．在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短 答案 ACE

解析 根据光现象的成因知，A正确；全息照相不是利用光的全反射原理，而是和光的干涉有关，B错误；由Δx＝λ可知用红光代替绿光，波长变大，相邻条纹间距变大，C正确；相对论认为：高速运动的物体在运动方向上长度变短，D错误；在真空中传播的电磁波，传播速度不变，由v＝λf知频率增加时，波长变短，E正确。

2．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )

A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变 B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射

D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线 E．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信 答案 ABE

解析 紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，C错误；在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是无线电波，D错误。A、B、E的说法正确。

3．关于光的性质，下列说法不正确的是( ) A．光在介质中的速度小于光在真空中的速度 B．双缝干涉说明光具有粒子性 C．光在同种均匀介质中沿直线传播 D．光的衍射现象说明光是一种波

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