物理人教版选修3-4 第十五章+相对论简介专题5+Word版含答案

一、麦克斯韦电磁场理论
1．对麦克斯韦电磁场理论两个基本观点的理解
(1)变化的磁场产生电场，可从以下三个方面理解：
①稳定的磁场不产生电场
②均匀变化的磁场产生恒定的电场
③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场
(2)变化的电场产生磁场，也可从以下三个方面理解：
①恒定的电场不产生磁场
②均匀变化的电场产生恒定的磁场
③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场
2．感应电场方向的判定
变化的磁场产生的感应电场的方向，与存在闭合回路时产生的感应电流的方向是相同的．
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1．关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是(　　)
A．稳定的电场产生稳定的磁场
B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场
C．变化的电场产生的磁场一定是变化的
D．振荡的电场周围空间产生的磁场也是振荡的
答案　D
解析　麦克斯韦电磁场理论的要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若磁场(电场)的变化是均匀的，产生的电场(磁场)是稳定的，若磁场(电场)的变化是振荡的，产生的电场(磁场)也是振荡的，由此可判定正确答案为D项．
2．一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动，如图1所示．当磁感应强度均匀增大时，此粒子的(　　)
图1
A．动能不变
B．动能增大
C．动能减小
D．以上情况都可能
答案　B
解析　当磁场均匀增强时，根据麦克斯韦电磁场理论，将激发一稳定的电场，带电粒子将受到电场力作用，电场力对带正电的粒子做正功，所以粒子的动能将增大．故正确答案为B.
二、LC回路振荡规律、周期及频率
1．LC回路中各量的变化规律
电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE.
线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB.
放电过程：q↓—E↓—EE↓―→i↑—B↑—EB↑
充电过程：q↑—E↑—EE↑―→i↓—B↓—EB↓
充电结束时q、E、EE最大，i、B、EB均为零；
放电结束时q、E、EE均为零，i、B、EB最大．
2．电磁振荡的周期和频率
周期：T＝2π
频率：f＝ .
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3．(多选)在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图2所示，则下列说法正确的是(　　)
图2
A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正增大
D．若电容器正放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
答案　BCD
解析　由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，可分两种情况讨论．
(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C对，A错；
(2)若该时刻电容器下极板带正电，则可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对，由楞次定律可判定D对．
4．如图3所示是LC回路中电容器带的电荷量随时间变化的图象．在1×10－6s到2×10－6s内，关于电容器的充(或放)电过程及由此产生的电磁波的波长，正确的结论是(　　)
图3
A．充电过程，波长为1 200 m
B．充电过程，波长为1 500 m
C．放电过程，波长为1 200 m
D．放电过程，波长为1 500 m
答案　A
解析　由题图知该过程电容器带的电荷量在增加，故为充电过程；同时，由题图还可得到T＝4×10－6s，而c＝，λ＝cT＝1 200 m，故A正确．
三、电磁波的传播特点及应用
1．电磁波谱
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱．
2．各种不同的电磁波既有共性，又有个性
(1)共性：传播不需要介质，真空中传播速度c＝3.0×108 m/s，满足公式v＝fλ.
(2)个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性．波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短观察干涉、衍射现象越困难．正是这些不同的特性决定了它们不同的用途．
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5．(多选)下列有关电磁波的说法中正确的是(　　)
A．电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波
B．电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线
C．频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播
D．雷达用的是微波，因为微波传播的直线性好
答案　BCD
解析　波长越长，越容易发生衍射现象，在电磁波中，无线电波波长最长，γ射线的波长最短，故A错误，B正确；波长越短，频率越大的电磁波，其衍射现象越不明显，传播的直线性越好，遇到障碍物反射性越好，故C、D正确．
6．如图4所示为某雷达的荧光屏，屏上标尺的最小刻度对应的时间为2×10－4 s，雷达天线朝东方时，屏上的波形如图甲；雷达天线朝西方时，屏上的波形如图乙．问：雷达在何方发现了目标？目标与雷达相距多远？
图4
答案　西方　300 km
解析　当天线朝东方时，显示屏上只有发射信号而无反射信号，天线朝西方时，显示屏上既有发射信号也有反射信号，因此目标在西方，
由题图可知t＝2×10－3 s，
而2x＝ct，x＝ct＝×3×108×2×10－3 m
＝300 km.
四、时间和空间的相对性
1．与运动的惯性系相对静止的人认为两个事件时间间隔为Δτ，地面观察者测得的时间间隔为Δt，则两者之间关系为Δt＝.
2．设尺子的固有长度为l0，观察者与尺子有相对运动时，尺子的长度为l，则有l＝l0，即沿运动方向上的长度缩短了．这就是相对论中长度的相对性．
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7．一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以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　飞船上的观察者相对飞船静止，则他测得的是飞船的静止长度，即为30 m，A项错误；地球上的观测者看到飞船是运动的，根据长度的相对性得他看到飞船长度比静止时的长度小，B项正确；根据光速不变原理得飞船上的观测者和地球上的观测者，观测到的光信号速度均为c，C、D项错误．
8．(多选)用相对论的观点判断下列说法，其中正确的是(　　)
A．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
B．在地面上看，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的
C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变短，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
D．当物体运动的速度v远小于c时，“长度收缩”和“时间膨胀”效果可忽略不计
答案　CD
解析　时间和空间都是相对的，没有绝对准确的时间和空间，所以A、B错误；由l＝l0可知两处的人都感觉l9．一飞船以速度v沿如图5所示方向飞行，地面观测者测得飞船经过相距为L0的A、B两点经历时间为t1，而飞船驾驶员测量经过A、B两点时间是t2，则有t1________t2(填“>”“＝”或“<”)，原因是飞船驾驶员观测到A、B两点距离L________L0(填“>”“＝”或“<”)．
图5
答案　>　<
解析　由相对论长度公式：L＝L0可知，飞船驾驶员观测到A、B两点距离小于地面上人观测的距离，即Lt2.
五、质速关系和质能方程
1．质速关系
物体的质量会随物体的速度的增大而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间的关系m＝.
2．质能关系
(1)相对于一个惯性参考系，以速度v运动的物体其具有的相对论能量
E＝mc2＝＝.
其中E0＝m0c2为物体相对于参考系静止时的能量．
(2)物体的能量变化ΔE与质量变化Δm的对应关系为ΔE＝Δmc2.
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10．(多选)关于物体的质量，下列说法正确的是(　　)
A．在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的
B．在牛顿力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化
C．在相对论力学中，物体静止时的质量最小
D．在相对论力学中，物体的质量随物体速度的增大而增大
答案　ACD
解析　在牛顿力学中，物体的质量是保持不变的，故选项A正确，B错误；在相对论力学中，由于物体的速度v不可能达到光速c，所以v11．已知太阳内部进行着激烈的热核反应，每秒钟辐射的能量为3.8×1026 J，则可算出(　　)
A．太阳的质量约为4.2×106 t
B．太阳的质量约为8.4×106 t
C．太阳的质量每秒减小约为4.2×106 t
D．太阳的质量每秒减小约为8.4×106 t
答案　C
解析　由质能方程知太阳每秒钟因辐射能量而失去的质量为Δm＝≈4.2×109 kg＝4.2×106 t.
12．星际火箭以0.8c的速率飞行，其运动质量为静止质量的多少倍？
答案　倍
解析　设星际火箭的静止质量为m0，其运动时的质量m＝＝＝m0，即其运动质量为静止质量的倍．