高中物理备考综合热身辅导系列——基础训练35 电磁场和电磁波相对论简介

sdweifeng 2017-12-28

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基础辅导35 电磁场和电磁波 *相对论简介

——’11备考综合热身辅导系列

高级物理教师魏德田

麦克斯韦电磁理论、电磁波的形成及传播是本训练点的重点.通过训练，使我们深刻理解麦克斯韦电磁理论，正确区分电磁波和机械波，知道电磁波的传播特性.第12题、第14题和第15题为创新题，让我们了解电磁波在现代技术中的应用，激发我们努力去探索其规律，更好利用它.

一、破解依据

㈠麦克斯韦电磁场理论

⑴恒定的磁场（电场）不能产生电场（磁场）。

⑵周期性变化的电场（磁场）产生同频率的周期性变化的磁场（电场），才能产生电磁波。

⑶变化的磁场能够在周围空间产生电场，这种电场与电荷激发的电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与空间有无导体或者有无闭合电路无关。

㈡电磁波：

⑴不同频率真空速度相同c=3.0×10⁸m/s ,

⑵频率越高(折射率n越大)同种介质中速度越小(见 ).

⑶电磁波速与波长、频率(或周期)关系：。电磁波速由自身频率、介质等决定。

其中，，即发射电路的频率。

⑷感应电场与静电场的区别：

①电场线闭合，后者不闭合；

②无电势，后者有；

③电荷沿“闭合电场线”运动一周，“感应电场力”做功为零；后者则不为零。

④“感应电场”起于变化磁场，后者起于电荷。

*㈢狭义相对论基本假设

⑴即在不同惯性系中

①一切物理规律都相同；

②真空中光速都相同。

⑵时空相对性：

设狭义相对论因子为？，则

①运动时间（加长）；②运动长度（尺缩）；

⑶速度变换式：；⑷质量 ⑸质能方程。

*㈣广义相对论

⑴原理：任何参考系，物理规律都相同。

⑵等效：均匀引力场等效于匀加速场。

⑶预言与证实：①时空弯曲；②光线弯曲；③引力红移。

二、精选习题

㈠选择题(每小题5分，共40分)

1. ( 09天津) 下列关于电磁波的说法正确的是

A.电磁波必须依赖介质传播

B.电磁波可以发生衍射现象

C.电磁波不会发生偏振现象

D.电磁波无法携带信息传播

2.关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是

A.均匀变化的电场在它周围空间产生均匀变化的磁场

B.电磁波和机械波一样依赖于介质传播

C.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直

D.只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波

3.（07吉林模拟）要想提高电磁振荡的频率，下列办法可行的是（）

A．线圈中插入铁芯 B.提高充电电压

C。增加电容器两板间距离 D.减小两极间的正对面积

4. (07江苏) 2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点，下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是

A．微波是指波长在10^-3m到10m之间的电磁波

B．微波和声波一样都只能在介质中传播

C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射

D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说

5. (09广东物理) 物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是

A.牛顿发现了万有引力定律 B.洛伦兹发现了电磁感应定律

C.光电效应证实了光的波动性 D.相对论的创立表明经典力学已不再适用

6.下列方法中能使平行板电容器的极板间产生磁场的是

A.把电容器接在直流电源两端

B.把电容器接在交流电源两端

C.给电容器充电后保持电量不变，将两板间距离匀速增大

D.给电容器充电后保持电压不变，将两板间距离匀速减小

7.（10天津）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

8.如图1—40—1所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电小球，整个装置处于竖直向下的磁场中.当磁场突然增大时，小球将

图1—40—1

A.沿顺时针方向运动

B.沿逆时针方向运动

C.在原位置附近往复运动

D.仍然保持静止状态

㈡填空题(每小题6分，共24分)

图1—40—1

9.（07海南模拟）如图⑴所示电路，L是电阻不计的电感线圈，最初S闭合，从断开S开始计时，电容器C的下极板上的电荷量+q随时间变化的图象是______.

10.在真空中传播的波长为15 m的电磁波，进入某一介质中时，若传播速度为2×10⁸ m/s，则波长是_______ m.

11.有波长为60.3 m、209.6 m、340.9 m的电磁波，可在一台收音机的调谐电路中激起最强的感应电流.如调谐电路的频率调至1430 kHz处，则接收到的是波长为_______的电磁波.

12.在20世纪40年代，我国物理学家朱洪元先生提出：电子在加速器中做匀速圆周运动时会发生“同步辐射光”，光的频率是电子回转频率的n倍，设同步辐射光频率为f，电子质量为m，电量为e，则加速器磁场的磁感应强度B的大小为_______.若电子的回转半径为R，则它的速率为_______.

㈢计算题(共36分)

13.(12分)无线电广播的中波段波长的范围是187 m～560 m，为了避免邻近电台干扰，两个电台的频率范围至少应相差10⁴ Hz，则在此波段中最多能容纳的电台数约为多少个?

14.(12分)如果你用通过同步卫星转发的无线电话与对方通话，则在你讲完话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话?(已知地球的质量M=6.0×10²⁴ kg，地球半径R=6.4×10⁶ m，万有引力恒量Ｇ=6.67×10^-11N·m²/kg²)

15.（12分）电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场加速电子的.在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，使电子加速，被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动，在 10^-1 ms内电子已经能获得很高的能量了.最后把电子引入靶室，进行实验工作.北京正负电子对撞机的环形室周长L=240 m，加速后电子在环中做匀速圆周运动的速率接近光速，其等效电流大小I=8 mA，则环中约有多少个电子在运行（电子电量e=1.6×10^-19 C）.

*16.丹麦物理学家_______发现电流能产生磁场，法国学者_______揭示了磁现象的电本质，英国物理学家_______发现了利用磁场产生电流的条件，提出了电场和磁场的概念，英国物理学家_______建立了完整的电磁场理论，并预言了电磁波的存在，德国物理学家_______用实验证实了电磁波的存在，并完善了电磁场理论.