2017-2018學年高中物理 第十四章 電磁波 第4、5節(jié) 電磁波與信息化社會 電磁波譜教學案 新人教版選修3-4

1、第4、5節(jié) 電磁波與信息化社會_電磁波譜1.按電磁波的波長由大到小排列順序：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線。2無線電波的特性是波動性強，可用于通訊、廣播。紅外線具有較強熱效應，可用于遙感、加熱等?？梢姽饩哂休^強的感光性，可用于照明、照相等。紫外線具有化學作用和熒光作用，可用于日光燈、殺菌等。X射線和射線具有較強穿透能力，可用于檢查、探測、治療等。 一、電磁波與信息化社會1電磁波的傳輸信息可以通過電纜、光纜進行有線傳輸，也可實現(xiàn)無線傳輸。電磁波的頻率越高，相同時間內傳遞的信息量越大。2電磁波的應用實例(1)電視廣播的發(fā)射和接收過程：(2)雷達的工作原理：雷達利用微波遇到障礙物的反

2、射現(xiàn)象來測定物體位置。根據(jù)發(fā)射無線電波到接收反射波的時間t，確定障礙物的距離s，再根據(jù)發(fā)射無線電波的方向和仰角，確定障礙物的位置。(3)移動電話、因特網(wǎng)也是利用電磁波來傳輸信息的。二、電磁波譜1概念按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列成譜。2電磁波譜的排列按波長由長到短依次為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線。3不同電磁波的特點及應用特點用途無線電波波動性強通訊、廣播、導航紅外線熱作用強加熱、遙測、遙感、紅外線制導可見光感光性強照明、照相等紫外線化學作用熒光效應殺菌消毒、治療皮膚病等X射線穿透力強檢查、探測、透視、治療射線穿透力最強探測、治療1自主思考判一判(1)高頻電磁波是

3、信息傳送的載體。()(2)雷達是利用微波定位的。()(3)電視機是一種發(fā)射電磁波的裝置。()(4)X射線對生命物質有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變。()(5)射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高。()(6)紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射。()2合作探究議一議(1)如圖 1441，中國女航天員王亞平在“天宮一號”為中小學生授課。思考一下，王亞平授課的視頻是怎樣傳到地面上的？圖1441提示：通過電磁波來傳遞。(2)為什么超遠程無線電利用無線電波中的長波波段，而雷達利用微波波段？提示：根據(jù)波的衍射特性，波長越長，越容易繞過障礙物，所以遠程無線電利用長波波段。微波波長短，傳

4、播時直線性好，雷達正是利用了微波直線傳播性好的特點。各種電磁波的共性與個性1共性(1)它們在本質上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義。(2)都遵守公式vf，它們在真空中的傳播速度都是c3.0108 m/s。(3)它們的傳播都不需要介質。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2個性(1)不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長越長越容易產生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短穿透能力越強。(2)同頻率的電磁波，在不同介質中速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質中傳播時，頻率越大折射率越大，速度越小。(3)產生機理不同無線電波振蕩電路中電子周期性運動產生

5、紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產生X射線原子的內層電子受激發(fā)后產生射線原子核受激發(fā)后產生(4)用途不同：無線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術，紫外線用于殺菌消毒，X射線應用于醫(yī)學上的X光照片，射線檢查金屬部件的缺陷等。典例下列有關電磁波的特性和應用，說法正確的是()A紅外線和X射線都有很高的穿透本領，常用于醫(yī)學上透視人體B過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康C電磁波中頻率最大的為射線，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D紫外線和X射線都可以使感光底片感光思路點撥(1)穿透能力很強的是射線和X射線。(2)紅外線波長較長，紫外線對皮膚有傷害作用。解析X射線有很高的穿透本領，醫(yī)學上常用于透視

6、人體，紅外線不能，A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的為射線，其波長最短，最不容易發(fā)生衍射，C錯誤；紫外線和X射線都可以使感光底片感光，D正確。答案D1根據(jù)電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯重疊，且波長順序由短到長排列的是()A微波、紅外線、紫外線B射線、X射線、紫外線C紫外線、可見光、紅外線D紫外線、X射線、射線解析：選B紅外線與紫外線在電磁波譜中不相鄰，更不會頻率重疊，A錯誤；紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們三者間有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯誤；在電磁波譜中紫外線、X射線、射線有重疊，射線波長最短，紫外線波長最長，故B正確，D錯誤。2關于電

7、磁波的特性和應用，下列說法正確的是()A紅外線具有很強的穿透本領，常用來在醫(yī)學上做人體透視B適量的紫外線照射有利于人的健康C紫外線熱效應顯著，制成了紫外線爐D射線最容易用來觀察衍射現(xiàn)象解析：選B紅外線具有很強的熱效應，制成了紅外線爐，穿透能力很差，A、C項錯；適量的紫外線照射有利于人的健康，過量照射有害身體健康，B項對；射線波長很短，不容易用來觀察衍射現(xiàn)象，D項錯。3下列說法正確的是()A麥克斯韋證明了光的電磁說的正確性B紅外線的顯著作用是熱作用，紫外線最顯著的作用是化學作用CX射線的穿透本領比射線更強DX射線與射線的產生機理不同，因此它們的頻率范圍界線分明，不可能重疊解析：選B麥克斯韋提出了

8、光的電磁說，赫茲用實驗證明了光的電磁說的正確性。X射線是原子的內層電子受激發(fā)而產生的，射線是原子核受激發(fā)而產生的，產生機理確實不同，但X射線和射線都有一個較大的頻率范圍，較高頻率的X射線與較低頻率的射線產生了重疊，其他相鄰電磁波間也存在重疊。雷達探測的原理和應用1雷達的原理利用電磁波遇到障礙物發(fā)生反射的特性。2雷達的構造及特點一般由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、輸出裝置(顯示器)、電源、用于控制雷達工作和處理信號的計算機以及防干擾設備等構成。(1)雷達既是無線電波的發(fā)射端，又是無線電波的接收端。(2)雷達使用的無線電波是直線性好、反射性能強的微波波段。典例一個雷達向遠處發(fā)射無線電波，每次發(fā)射的

9、時間為1 s，兩次發(fā)射的時間間隔為100 s，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)出的尖形波如圖1442所示，已知圖中刻度 abbc，則障礙物與雷達之間的距離是多大？圖1442思路點撥應用ab段為無線電波發(fā)射到返回的時間，可求出電磁波的路程，即可求出障礙物與雷達之間的距離。解析圖中a和c處的尖形波是雷達向目標發(fā)射無線電波時出現(xiàn)的，b處的尖形波是雷達收到障礙物反射回來的無線電波時出現(xiàn)的，由abbc可知，無線電波從發(fā)射到返回所用時間為50 s。設雷達離障礙物的距離為S，無線電波來回時間為t，波速為c，由2Sct得S m 7.5103 m。答案7.5103 m雷達偵察問題的解決方法(1)電磁波在空中的傳播速度可認

10、為等于真空中的光速c，根據(jù)雷達熒光屏上發(fā)射波形和反射波形間的時間間隔，可求得偵察距離。(2)根據(jù)發(fā)射無線電波的方向和仰角，確定被偵察物體的位置。(3)雷達的最大偵察距離應等于電磁波在雷達發(fā)射相鄰兩個脈沖的時間間隔內傳播距離的一半。 1(多選)雷達采用微波而不用其他無線電波的原因是()A微波具有很高的頻率B微波具有直線傳播的特性C微波的反射性強D微波比其他無線電波(長波、中波、短波等)傳播的距離更遠解析：選ABC微波的波長較短，頻率較高，不容易產生衍射或干涉現(xiàn)象，微波的反射性較強，直線性較好。微波與其他無線電波的波速相等，都可以傳播較遠的距離，所以A、B、C項正確。2關于雷達的特點，下列說法正確

11、的是()A雷達所用無線電波的波長比短波更長B雷達只有連續(xù)發(fā)射無線電波，才能發(fā)現(xiàn)目標C雷達的顯示屏上可以直接讀出障礙物的距離D雷達在能見度低的黑夜將無法使用解析：選C雷達是利用無線電波的反射來工作的，因此它利用的無線電波處于微波段，目的是增加反射，減小衍射。雷達大約每隔0.1 ms發(fā)射時間短于1 s的脈沖信號，根據(jù)屏上顯示的發(fā)射信號和接收到的反射信號可以直接讀出障礙物的距離。3一雷達站探測敵機時熒光屏上出現(xiàn)的記錄圖像如圖1443，A是發(fā)射時的雷達探索波的脈沖波形，B是敵機反射回來的脈沖波形，則敵機距雷達站的距離是()圖1443A9105 mB4.5105 mC3105 m D無法確定解析：選B由

12、題圖知兩波形相差3103 s，即敵機與雷達站距離為svt31083103 m4.5105 m，故B正確。1古代也采用過“無線”通信的方式，如利用火光傳遞信息的烽火臺，利用聲音傳遞信號的鼓等，關于聲音與光，下列說法中正確的是()A聲音和光都是機械波B聲音和光都是電磁波C聲音是機械波，光是電磁波D聲音是電磁波，光是機械波解析：選C聲音必須在介質中傳播，是機械波；光可以在真空中傳播，是電磁波。2一種電磁波入射到半徑為1 m的孔上，可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，這種波屬于電磁波譜中的()A可見光B射線C無線電波 D紫外線解析：選C波能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或孔的尺寸大小跟光的波長差不多或比波長還要小

13、。如圖所示，電磁波中的無線電波波長范圍是104103 m，紅外線波長范圍是103107 m，可見光、紫外線、射線的波長更短，所以只有無線電波才符合條件。3驗鈔機發(fā)出的光能使鈔票上的熒光物質發(fā)光，電視機、空調的遙控器發(fā)出的光能控制電視機、空調的工作狀態(tài)。對于它們發(fā)出的光，以下判斷正確的是()A它們發(fā)出的都是紅外線B它們發(fā)出的都是紫外線C驗鈔機發(fā)出的是紅外線，遙控器發(fā)出的是紫外線D驗鈔機發(fā)出的是紫外線，遙控器發(fā)出的是紅外線解析：選D紫外線有較強的熒光作用，能使熒光物質發(fā)出熒光，故驗鈔機發(fā)出的是紫外線，紅外線波長較長，容易發(fā)生衍射，故能很方便地遙控家用電器。故D正確。4(多選)在電磁波中，下列說法正

14、確的是()A各種電磁波有明顯的頻率和波長區(qū)域界限B射線的頻率一定大于X射線的頻率CX射線的波長有可能等于紫外線波長D可見光波長一定比無線電波的短解析：選CDX射線與射線、X射線與紫外線的界限并不明顯。5科學家曾經(jīng)設想通過高聳的天線塔，以無線電波的形式將電能輸送到指定地點，但一直沒有在應用層面上獲得成功，其主要原因是這類無線電波()A在傳輸中很多能量被吸收B在傳播中易受山脈阻隔C向各個方向傳輸能量D傳輸能量易造成電磁污染解析：選C電磁波可以向各個方向傳播，而電能的輸送需要定向傳播。6(多選)等離子顯示屏PDP是一種以等離子管作為發(fā)光元件，并由大量的等離子管排列在一起構成的屏幕。每個等離子管的透明

15、玻璃管內都充有低壓的氖氙氣體，管的兩端各有一個電極，在兩個電極間加上高電壓后，封在管內的氣體便產生某種肉眼看不見的射線，它激發(fā)顯示屏上的紅綠藍三基色熒光粉發(fā)出可見光。每個等離子管作為一個像素，由這些像素的明暗和顏色變化的組合，便形成了各種灰度和色彩的圖像，則()A等離子管發(fā)光的微觀機理是通過高電壓使低壓氖氙氣體原子的外層電子受到激發(fā)而發(fā)光B等離子管發(fā)光的微觀機理是通過高電壓使低壓氖氙氣體原子的內層電子受到激發(fā)而發(fā)光C該射線使熒光粉發(fā)出可見光是利用了光的熒光效應D該射線使熒光粉發(fā)出可見光是利用了光的化學作用解析：選AC根據(jù)紫外線的產生機理、特點及應用可知是某種看不見的射線使熒光粉發(fā)光，看不見的射

16、線應是紫外線，使熒光粉發(fā)光，這是紫外線的熒光效應。紫外線作為電磁波家族中的一員，它的產生機理與可見光和紅外線的產生機理是相同的，都是原子的外層電子受到激發(fā)后產生的，所以正確的選項是A、C。7(多選)雷達是應用電磁波來工作的，它發(fā)射的電磁波頻率多在300 MHz至1 000 MHz的范圍內，已知真空中光速c3108 m/s，下列說法中正確的是()A電磁波可由恒定不變的電場和磁場產生B電磁波可由周期性變化的電場和磁場產生C雷達發(fā)射的電磁波在真空中的波長范圍多在0.3 m至1 m之間D雷達與目標之間的距離可由電磁波從發(fā)射到接收的時間間隔確定解析：選BCD恒定的電場不能產生磁場，A錯誤；周期性變化的電

17、場可以產生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場也可以產生周期性變化的電場，這樣的電場和磁場形成的統(tǒng)一體就是電磁場，B正確；雷達發(fā)射的電磁波頻率多在300 MHz至1 000 MHz的范圍內。因此，它在真空中的波長可由c/f求得，則其波長范圍為0.3 m至1 m，C正確；雷達與目標之間的距離可由電磁波從發(fā)射到接收的時間間隔確定，等于ct/2，D正確。8某雷達工作時，發(fā)射電磁波的波長20 cm，每秒脈沖數(shù)n5 000，每個脈沖持續(xù)時間t0.02 s，求：該電磁波的振蕩頻率為多少？最大偵察距離是多少？解析：由cf可得電磁波的振蕩頻率f Hz1.5109 Hz。電磁波在雷達發(fā)射相鄰兩個脈沖間隔時間內傳播的距離sctc3108 m 6104 m，所以雷達的最大偵察距離s3104 m30 km。答案：1.5109 Hz30 km9收音機接收無線電波的頻率范圍比較寬，通常把頻率分成幾個波段，利用改變調諧電路中線圈自感的方法來選擇波段，再利