电磁波相对论简介复习课课件.ppt

1、一、感应电场与静电场的区别一、感应电场与静电场的区别变化的磁场产生的电场变化的磁场产生的电场,称之为感应电场称之为感应电场,也叫涡旋场也叫涡旋场.跟前面跟前面学过的静电场一样学过的静电场一样,处于电场中的电荷受力的作用处于电场中的电荷受力的作用,且且F=qE.F=qE.但但它们有显著区别它们有显著区别,表现为表现为:1.1.静电场的电场线是非闭合曲线静电场的电场线是非闭合曲线,而感应电场的电场线是闭合而感应电场的电场线是闭合曲线曲线.2.2.静电场有电势的概念静电场有电势的概念,而感应电场中无电势的概念而感应电场中无电势的概念.3.3.在同一静电场中在同一静电场中,电荷运动一周电荷运动一周(路

2、径闭合路径闭合),),电场力做功一定电场力做功一定为零为零,而在感应电场中而在感应电场中,电荷沿闭合线运动一周电荷沿闭合线运动一周,电场力做功一电场力做功一般不为零般不为零(超导体为零超导体为零).).4.4.静电场的产生静电场的产生“源源”于于“电荷电荷”,而感应电场的产生而感应电场的产生“源源”于变化的磁场于变化的磁场.二、不同波长电磁波的比较二、不同波长电磁波的比较名名 称称 特特 性性 通信通信 热作用热作用视觉视觉作用作用化学化学作用作用穿透穿透作用作用贯穿作用贯穿作用振荡电路振荡电路中自由电中自由电子的周期子的周期性运动性运动 原子外层电子受到激发原子外层电子受到激发原子内原子内层

3、电子层电子受到激受到激发发 原子核原子核受激发受激发都是都是c=3c=310108 8 m/s m/s主要主要作用作用产生产生机理机理真空中真空中的速度的速度名名 称称 特特 性性 小小大大频率频率同介质同介质中速度中速度说明说明大大小小振荡振荡电路电路中产中产生生 一切物体一切物体都能辐射都能辐射由七种由七种色光组色光组成成 一切高一切高温物体温物体都能辐都能辐射射 伦琴射伦琴射线管中线管中高速电高速电子流射子流射至阳极至阳极产生产生 放射性放射性元素衰元素衰变时产变时产生生 三、对狭义相对论几个主要结论的理解三、对狭义相对论几个主要结论的理解1.1.几个主要结论几个主要结论2tv1()c

4、20v1()cll“同时同时”的相对性的相对性时间间时间间隔的相隔的相对性对性长度的长度的相对性相对性事件同时但不同地点发事件同时但不同地点发生生 两个事件发生的时间间两个事件发生的时间间隔为隔为 杆的长度为杆的长度为l0 0事件不同时发生事件不同时发生两个事件发生的时间间隔两个事件发生的时间间隔变大变大.若参考系沿杆的方向运动若参考系沿杆的方向运动,观察到的杆的长度减小观察到的杆的长度减小2.2.几个结论的理解要点几个结论的理解要点(1)(1)时间间隔、长度的变化都是由于物质的相对运动引起的一时间间隔、长度的变化都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构

5、并没种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化有变化.(2)(2)两个事件的时间间隔和物体的长度两个事件的时间间隔和物体的长度,必须与所选取的参考系必须与所选取的参考系相联系相联系,如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸间的尺寸,是没有任何意义的是没有任何意义的.请你根据下面的体系图快速回顾本章内容，在空白处填上请你根据下面的体系图快速回顾本章内容，在空白处填上恰当的内容，构建出清晰的知识网络吧！恰当的内容，构建出清晰的知识网络吧！电电磁磁波波和和相相对对论论 相相对对论论 狭义狭义相对相对论论 两个基本假设两个基

6、本假设狭义相对性原理狭义相对性原理_不变原理不变原理广义广义相对相对论论 电电磁磁波波 论论低低速速运运动动的的特特例例 v v c c时时，作作为为相相对对经典物理经典物理两个基本原理两个基本原理广义相对性原理广义相对性原理等效原理等效原理结论结论光线弯曲光线弯曲_几个重几个重要结论要结论 光速光速 引力红移引力红移电电磁磁波波 电磁振荡电磁振荡LCLC振荡回路振荡回路表征量：表征量：_发射发射电磁波电磁波麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论_产生电场产生电场_产生磁场产生磁场发射条件发射条件振荡频率振荡频率_调制过程调制过程地波地波天波天波 直线传播直线传播传播传播接收接收电谐振电谐振_

7、_(_(检波检波)变化的磁场变化的磁场变化的电场变化的电场足够高足够高开放电路开放电路调幅调幅调频调频调谐调谐解调解调 T2LC 几个重几个重 要结论要结论 “同时同时”是相对的是相对的长度是相对的：长度是相对的：l=_=_ 时间间隔是相对的时间间隔是相对的t=t=_ _相对论速度变换公式相对论速度变换公式 相对论质量公式相对论质量公式m=m=_ _相对论质能方程：相对论质能方程：_2uvuu v1cE=mcE=mc2 220v1()cl2v1()c02mv1()c一、电磁场、电磁波和机械波一、电磁场、电磁波和机械波1.1.电磁波与机械波的共同点电磁波与机械波的共同点(1)(1)二者都能发生反

8、射、折射、干涉和衍射现象二者都能发生反射、折射、干涉和衍射现象.(2)(2)介质决定二者的传播速度介质决定二者的传播速度.(3)(3)二者在不同介质中传播时的频率不变二者在不同介质中传播时的频率不变.2.2.电磁波与机械波的比较电磁波与机械波的比较本质本质传播传播频率频率传播速度传播速度干涉、衍射干涉、衍射横波、纵波横波、纵波可可可可电磁场的传播电磁场的传播质点机械振动的传播质点机械振动的传播传播机理是电磁场交替感应，传播机理是电磁场交替感应，不需要介质不需要介质传播机理是质点间的传播机理是质点间的机械作用机械作用,需要介质需要介质由波源决定，传播时频率不变由波源决定，传播时频率不变由波源决定

9、，传播时由波源决定，传播时频率不变频率不变真空中波速总是真空中波速总是c c，介质中的波，介质中的波速与介质、频率有关速与介质、频率有关波速与介质有关、与波速与介质有关、与频率无关频率无关既有横波也有纵波既有横波也有纵波横波横波【典例【典例1 1】关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是】关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是()()A.A.周期性变化的磁场或电场在它周围空间能产生电磁波周期性变化的磁场或电场在它周围空间能产生电磁波B.B.电磁波既有横波也有纵波电磁波既有横波也有纵波C.C.电磁波由一种介质进入另一种介质，波速不变电磁波由一种介质进入另一种介质，波速不变D.D.电磁波波长越长，电

10、磁波绕过障碍物的本领越强电磁波波长越长，电磁波绕过障碍物的本领越强【解析】【解析】选选A A、D.D.周期性变化是非均匀变化，因此周期性变化周期性变化是非均匀变化，因此周期性变化的磁场或电场能够产生不断变化的电磁场，形成电磁波，的磁场或电场能够产生不断变化的电磁场，形成电磁波，A A正正确；电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，确；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，因此电磁波只能是横波，不可能是纵且与波的传播方向垂直，因此电磁波只能是横波，不可能是纵波，波，B B错误；电磁波从一种介质进入另一种介质不变的是周期、错误；电磁波从一种介质进入另一种

11、介质不变的是周期、频率，波速会发生变化，频率，波速会发生变化，C C错误；波长越长的电磁波衍射能力错误；波长越长的电磁波衍射能力越强，越强，D D正确正确.二、电磁振荡二、电磁振荡电磁振荡的规律电磁振荡的规律T40 0时刻时刻t t电路电路状态状态T23T4T T电量电量q q电场能电场能电流电流i i磁场能磁场能最多最多最大最大正向最大正向最大反向最大反向最大0 0最多最多0 0最多最多0 0最大最大最大最大0 00 00 00 00 00 00 0最大最大最大最大【典例【典例2 2】一个】一个LCLC振荡电路中，线圈的自感系数为振荡电路中，线圈的自感系数为L L，电容器电，电容器电容为容为

12、C C，振荡周期为，振荡周期为T T，从电容器上电压达到最大值，从电容器上电压达到最大值U Um m开始计时，开始计时，则有则有()()A.A.至少经过至少经过T/2T/2，磁场能达到最大，磁场能达到最大B.B.至少经过至少经过T/4T/4，磁场能达到最大，磁场能达到最大C.C.在在T/4T/4时间内，电路中的平均电流是时间内，电路中的平均电流是D.D.在在T/4T/4时间内，电容器放电量为时间内，电容器放电量为CUCUm mm2UCL【解析】【解析】选选B B、C C、D.LCD.LC振荡电路周期振荡电路周期 电容器电压最电容器电压最大时，开始放电，经大时，开始放电，经T/4T/4时间，放电

13、结束，此时电容器电荷量时间，放电结束，此时电容器电荷量为零，电路中电流最大，磁场最强，磁场能最大为零，电路中电流最大，磁场最强，磁场能最大.因为因为Q QCUCU，所以电容器放电量所以电容器放电量Q QCUCUm m.在在 时间内得时间内得 得得即即T2LC，T4QIt，mCUI1LC2m2UCI.L三、狭义相对论三、狭义相对论1.“1.“长度长度”的相对性的相对性一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小.如果与杆相对静止的人认为杆长是如果与杆相对静止的人认为杆长是l0 0，与杆相对运动的人认为，与杆相对运动的人认为杆长是杆长

14、是l，则两者之间的关系为：，则两者之间的关系为：2.“2.“时间间隔时间间隔”的相对性的相对性在相对事件发生地运动的参考系中观察，时间进程变慢，相对在相对事件发生地运动的参考系中观察，时间进程变慢，相对事件发生地静止的人认为两个事件时间间隔为事件发生地静止的人认为两个事件时间间隔为，相对事件，相对事件发生地以速度发生地以速度v v运动的观察者测得的时间间隔为运动的观察者测得的时间间隔为tt，则两者之，则两者之间的关系为：间的关系为：20v1().cll2t.v1()c 3.3.质速关系质速关系物体以速度物体以速度v v运动时的质量运动时的质量m m与静止时的质量与静止时的质量m m0 0之间的

15、关系为之间的关系为4.4.质能关系质能关系物体的质量与它具有的能量之间的关系为物体的质量与它具有的能量之间的关系为E=mcE=mc2 2,这就是爱因斯这就是爱因斯坦的质能方程坦的质能方程,被喻为改变世界的方程被喻为改变世界的方程,对这个方程的理解是对这个方程的理解是:(1)(1)一定的质量与能量对应一定的质量与能量对应,有质量必有能量有质量必有能量,有能量必有质量有能量必有质量.(2)(2)物体的能量与物体的质量成正比物体的能量与物体的质量成正比,质能方程还可写成质能方程还可写成E=mcE=mc2 2,可见可见,一个量的变化必将带来另一个量的变化一个量的变化必将带来另一个量的变化.02mm.v

16、1()c【典例【典例3 3】某人测得一静止均匀棒长为】某人测得一静止均匀棒长为l、质量为、质量为m m，于是求得，于是求得此棒的线密度为此棒的线密度为m/m/l.(1)(1)假定此棒以速度假定此棒以速度v v在棒长方向上运动，此人再测棒的线密度在棒长方向上运动，此人再测棒的线密度应为多少应为多少?(2)(2)若棒在垂直长度方向上运动，它的线密度又为多少？若棒在垂直长度方向上运动，它的线密度又为多少？【解析】【解析】这里包含有两个相对论效应：这里包含有两个相对论效应：(1)(1)沿棒长方向运动时沿棒长方向运动时的的“长度收缩长度收缩”效应；效应；(2)(2)运动物体的相对论质量运动物体的相对论质量.(1)(1)若棒以速度若棒以速度v v相对观察者沿棒长方向运动，静止棒长相对观察者沿棒长方向运动，静止棒长l l是固是固有长度，所以：运动长度为有长度，所以：运动长度为运动质量运动质量 则线密度则线密度22v1cll2mm.v1()c2222mm.vv(1)1cc ll(2)(2)若棒在垂直长度方向上运动时，长度不变，若棒在垂直长度方向上运动时，长度不变，即即ll，运动质量仍为，运动质量仍为mm，即，即mmmm，则线密度，则线密度答案答案:(1)(2)(1)(2)2222mmvv(1)1ccll22v1c22v1c