2017-2018學(xué)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(xué)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(qiáng)，可用于通訊、廣播。紅外線具有較強(qiáng)熱效應(yīng)，可用于遙感、加熱等?？梢姽饩哂休^強(qiáng)的感光性，可用于照明、照相等。紫外線具有化學(xué)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(qiáng)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(jìn)行有線傳輸，也可實(shí)現(xiàn)無線傳輸。電磁波的頻率越高，相同時(shí)間內(nèi)傳遞的信息量越大。2電磁波的應(yīng)用實(shí)例(1)電視廣播的發(fā)射和接收過程：(2)雷達(dá)的工作原理：雷達(dá)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(shí)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(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)用途無線電波波動性強(qiáng)通訊、廣播、導(dǎo)航紅外線熱作用強(qiáng)加熱、遙測、遙感、紅外線制導(dǎo)可見光感光性強(qiáng)照明、照相等紫外線化學(xué)作用熒光效應(yīng)殺菌消毒、治療皮膚病等X射線穿透力強(qiáng)檢查、探測、透視、治療射線穿透力最強(qiáng)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(dá)是利用微波定位的。()(3)電視機(jī)是一種發(fā)射電磁波的裝置。()(4)X射線對生命物質(zhì)有較強(qiáng)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(xué)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(yuǎn)程無線電利用無線電波中的長波波段，而雷達(dá)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(yuǎn)程無線電利用長波波段。微波波長短，傳

4、播時(shí)直線性好，雷達(dá)正是利用了微波直線傳播性好的特點(diǎn)。各種電磁波的共性與個(gè)性1共性(1)它們在本質(zhì)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(zhì)。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2個(gè)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(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短穿透能力越強(qiáng)。(2)同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率越大折射率越大，速度越小。(3)產(chǎn)生機(jī)理不同無線電波振蕩電路中電子周期性運(yùn)動產(chǎn)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(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)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(shù)，紫外線用于殺菌消毒，X射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的X光照片，射線檢查金屬部件的缺陷等。典例下列有關(guān)電磁波的特性和應(yīng)用，說法正確的是()A紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體B過強(qiáng)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(diǎn)撥(1)穿透能力很強(qiáng)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(lǐng)，醫(yī)學(xué)上常用于透視

6、人體，紅外線不能，A錯(cuò)誤；過強(qiáng)的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯(cuò)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(cuò)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(cuò)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(cuò)誤；紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們?nèi)唛g有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯(cuò)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(cuò)誤。2關(guān)于電

7、磁波的特性和應(yīng)用，下列說法正確的是()A紅外線具有很強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，常用來在醫(yī)學(xué)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(yīng)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(qiáng)的熱效應(yīng)，制成了紅外線爐，穿透能力很差，A、C項(xiàng)錯(cuò)；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(xiàng)對；射線波長很短，不容易用來觀察衍射現(xiàn)象，D項(xiàng)錯(cuò)。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(xué)作用CX射線的穿透本領(lǐng)比射線更強(qiáng)DX射線與射線的產(chǎn)生機(jī)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(shí)驗(yàn)證明了光的電磁說的正確性。X射線是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)而產(chǎn)生的，射線是原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的，產(chǎn)生機(jī)理確實(shí)不同，但X射線和射線都有一個(gè)較大的頻率范圍，較高頻率的X射線與較低頻率的射線產(chǎn)生了重疊，其他相鄰電磁波間也存在重疊。雷達(dá)探測的原理和應(yīng)用1雷達(dá)的原理利用電磁波遇到障礙物發(fā)生反射的特性。2雷達(dá)的構(gòu)造及特點(diǎn)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(dá)工作和處理信號的計(jì)算機(jī)以及防干擾設(shè)備等構(gòu)成。(1)雷達(dá)既是無線電波的發(fā)射端，又是無線電波的接收端。(2)雷達(dá)使用的無線電波是直線性好、反射性能強(qiáng)的微波波段。典例一個(gè)雷達(dá)向遠(yuǎn)處發(fā)射無線電波，每次發(fā)射的

9、時(shí)間為1 s，兩次發(fā)射的時(shí)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(dá)之間的距離是多大？圖1442思路點(diǎn)撥應(yīng)用ab段為無線電波發(fā)射到返回的時(shí)間，可求出電磁波的路程，即可求出障礙物與雷達(dá)之間的距離。解析圖中a和c處的尖形波是雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射無線電波時(shí)出現(xiàn)的，b處的尖形波是雷達(dá)收到障礙物反射回來的無線電波時(shí)出現(xiàn)的，由abbc可知，無線電波從發(fā)射到返回所用時(shí)間為50 s。設(shè)雷達(dá)離障礙物的距離為S，無線電波來回時(shí)間為t，波速為c，由2Sct得S m 7.5103 m。答案7.5103 m雷達(dá)偵察問題的解決方法(1)電磁波在空中的傳播速度可認(rèn)

10、為等于真空中的光速c，根據(jù)雷達(dá)熒光屏上發(fā)射波形和反射波形間的時(shí)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(dá)的最大偵察距離應(yīng)等于電磁波在雷達(dá)發(fā)射相鄰兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔內(nèi)傳播距離的一半。 1(多選)雷達(dá)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(qiáng)D微波比其他無線電波(長波、中波、短波等)傳播的距離更遠(yuǎn)解析：選ABC微波的波長較短，頻率較高，不容易產(chǎn)生衍射或干涉現(xiàn)象，微波的反射性較強(qiáng)，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(yuǎn)的距離，所以A、B、C項(xiàng)正確。2關(guān)于雷達(dá)的特點(diǎn)，下列說法正確

11、的是()A雷達(dá)所用無線電波的波長比短波更長B雷達(dá)只有連續(xù)發(fā)射無線電波，才能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)C雷達(dá)的顯示屏上可以直接讀出障礙物的距離D雷達(dá)在能見度低的黑夜將無法使用解析：選C雷達(dá)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(dá)大約每隔0.1 ms發(fā)射時(shí)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(dá)站探測敵機(jī)時(shí)熒光屏上出現(xiàn)的記錄圖像如圖1443，A是發(fā)射時(shí)的雷達(dá)探索波的脈沖波形，B是敵機(jī)反射回來的脈沖波形，則敵機(jī)距雷達(dá)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(jī)與雷達(dá)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(guān)于聲音與光，下列說法中正確的是()A聲音和光都是機(jī)械波B聲音和光都是電磁波C聲音是機(jī)械波，光是電磁波D聲音是電磁波，光是機(jī)械波解析：選C聲音必須在介質(zhì)中傳播，是機(jī)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(yàn)鈔機(jī)發(fā)出的光能使鈔票上的熒光物質(zhì)發(fā)光，電視機(jī)、空調(diào)的遙控器發(fā)出的光能控制電視機(jī)、空調(diào)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(yàn)鈔機(jī)發(fā)出的是紅外線，遙控器發(fā)出的是紫外線D驗(yàn)鈔機(jī)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(qiáng)的熒光作用，能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光，故驗(yàn)鈔機(jī)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(xué)家曾經(jīng)設(shè)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(diǎn)，但一直沒有在應(yīng)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(gè)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(gè)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(gòu)成的屏幕。每個(gè)等離子管的透明

15、玻璃管內(nèi)都充有低壓的氖氙氣體，管的兩端各有一個(gè)電極，在兩個(gè)電極間加上高電壓后，封在管內(nèi)的氣體便產(chǎn)生某種肉眼看不見的射線，它激發(fā)顯示屏上的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見光。每個(gè)等離子管作為一個(gè)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(jī)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(jī)理是通過高電壓使低壓氖氙氣體原子的內(nèi)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(yīng)D該射線使熒光粉發(fā)出可見光是利用了光的化學(xué)作用解析：選AC根據(jù)紫外線的產(chǎn)生機(jī)理、特點(diǎn)及應(yīng)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(yīng)是紫外線，使熒光粉發(fā)光，這是紫外線的熒光效應(yīng)。紫外線作為電磁波家族中的一員，它的產(chǎn)生機(jī)理與可見光和紅外線的產(chǎn)生機(jī)理是相同的，都是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的，所以正確的選項(xiàng)是A、C。7(多選)雷達(dá)是應(yīng)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(nèi)，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(chǎn)生B電磁波可由周期性變化的電場和磁場產(chǎn)生C雷達(dá)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(dá)與目標(biāo)之間的距離可由電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔確定解析：選BCD恒定的電場不能產(chǎn)生磁場，A錯(cuò)誤；周期性變化的電

17、場可以產(chǎn)生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場也可以產(chǎn)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(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在300 MHz至1 000 MHz的范圍內(nèi)。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(dá)與目標(biāo)之間的距離可由電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔確定，等于ct/2，D正確。8某雷達(dá)工作時(shí)，發(fā)射電磁波的波長20 cm，每秒脈沖數(shù)n5 000，每個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)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(dá)發(fā)射相鄰兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間內(nèi)傳播的距離sctc3108 m 6104 m，所以雷達(dá)的最大偵察距離s3104 m30 km。答案：1.5109 Hz30 km9收音機(jī)接收無線電波的頻率范圍比較寬，通常把頻率分成幾個(gè)波段，利用改變調(diào)諧電路中線圈自感的方法來選擇波段，再利