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高中物理选择性必修二素养提升学案
第四章 电磁振荡与电磁波
4.4 电磁波谱
一、新课标要求
1．认识电磁波谱。
2．了解电磁波各波段的特点及主要用途。
二、科学素养要求
1.物理观念：电磁波谱
2.科学思维：培养归纳总结、分析推理能力。
3.科学探究：通过实验，体验科学探究过程。
4.科学态度与责任：学习科学家的科学精神，实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。
三、教材研习
知识点　电磁波谱
[情境导学]
如图所示的四种用电器分别用的是哪种波段的电磁波？它们各自的特性是什么？
提示：甲图中的手机用的是无线电波，无线电波波动性强，可以用来传输信号；乙图中的测温仪，用的是红外线，因为一切物体都在不停地辐射红外线且热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强；丙图的消毒柜，是利用紫外线，因为紫外线具有较高的能量，可以利用紫外线灭菌消毒；丁图是医用的CT机，所用的是X射线，因为X射线的穿透本领强。
[知识梳理]
1．电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱。按波长由长到短依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。
2．不同电磁波的特点及应用
特点 用途
无线电波 波动性强 通信、广播、导航
红外线 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导
可见光 感光性强 照明、照相等
紫外线 化学作用荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗
γ射线 穿透力最强 探测、治疗
[初试小题]
1．判断正误。
(1)按波长由短到长顺序排列的是紫外线、可见光、红外线。(√)
(2)电磁波的频率越高，它的波长就越长。(×)
(3)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度。(×)
(4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(×)
【答案】（1）√ （2）× （3）× （4）×
2．[多选]下列说法中符合实际的是(　　)
A．在医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
【答案】BD
【解析】：　紫外线具有杀菌、消毒的作用，X射线穿透能力较强，因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，用X射线透视人体；在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强，容易透过云雾烟尘，因而用波长较长的红外线，所以B、D正确。
四、要点突破
各种电磁波的特性
[问题探究]
红外线在现代生产生活中有着广泛的应用。请举例说明。
提示：根据红外线的热作用比较强制成热谱仪、红外线夜视仪、红外线体温计等；根据红外线可以进行摇控制成电视、空调遥控器等。
[要点归纳]
1．共性
(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵循公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3．0×108 m/s。
(3)它们的传播都不需要介质。
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2．个性
(1)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，波长越短穿透能力越强。
(2)同频率的电磁波，在不同介质中传播速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。
(3)用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，γ射线检查金属部件的缺陷等。
[例题3]　下面列出的一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机：________。
(2)紫外线灯：________。
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________。
A．紫外线具有很强的荧光效应
B．紫外线具有杀菌消毒作用
C．X射线具有较强的贯穿力
D．红外线具有显著的热效应
E．红外线波长较长，易发生衍射
[解析]　(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，采用了X射线，因此选择C。
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光效应，因此选择B。
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择D。
[答案]　(1)C　(2)B　(3)D
【特别提醒】
电磁波在生产、生活和现代技术等方面应用广泛，联系实际的题较多，要提高自己运用知识的能力，应该留心自然中、生活中、现代技术中应用了什么物理现象和规律，是如何应用的，这是解决此题的关键。
　　　　 　　[针对训练]
1．[多选]关于电磁波谱，下列说法正确的是(　　)
A．X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
【答案】AB
【解析】：　X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，故A正确。γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确。在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。
2．2011年3月11日，日本发生里氏9．0级地震，地震和地震引发的海啸造成大量建筑物倒塌。为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来，我国及时派出了救援队。救援队在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员，这种仪器主要是接收人体发出的(　　)
A．可见光　　　　　　　 B．红外线
C．紫外线 D．声音
【答案】B
【解析】：　不同温度的物体会发出不同频率的红外线，生命探测仪就是根据人体发出的红外线与周围环境辐射的红外线不同来寻找被困者，B正确。
3．[多选]关于真空中波长为0.6 μm的红光，下列说法中正确的是(　　)
A．其在真空中传播速度为3．0×108 m/s
B．其频率是5×1014 Hz
C．在真空中传播10 m的距离需要的时间是1．0×10－5 s
D．在10 m的距离中(真空)约有1．7×107个波长
【答案】ABD
【解析】：　各种电磁波在真空中的传播速度都等于光速，故A项正确；由题意知λ＝0.6 μm＝0.6×10－6 m，根据公式c＝λf得，f＝＝5×1014Hz，B项正确；传播10 m所需的时间t＝＝3．3×10－8 s，C项错误；10 m中的波长个数为n＝≈1．7×107个，D项正确。
【达标训练】
1．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是(　　)
A．发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调
B．电视机的遥控器发射紫外线
C．电磁波中频率最大的为γ射线，用它最容易观察到衍射现象
D．雷达使用微波是因为微波波长较短能沿直线传播
【答案】D
【解析】：　发射无线电波时，需要对电磁波进行调制，而接收时需要解调，故A错误；电视机的遥控器发射红外线，故B错误；γ射线波长最小，所以最不容易观察到衍射现象，故C错误；雷达使用微波是因为雷达使用的微波波长较短能沿直线传播，D正确。
2．古代也采用过“无线”通信的方式，如在烽火台利用火光传递信息，利用打鼓传出声音传递信号等。关于声音与光，下列说法正确的是(　　)
A．声音和光都是机械波
B．声音和光都是电磁波
C．声音是机械波，光是电磁波
D．声音是电磁波，光是机械波
【答案】C
【解析】：　声音属于机械波，光属于电磁波，故选C。
3．[多选]关于电磁波的发射过程，下列说法正确的是(　　)
A．必须对信号进行调制
B．必须使信号产生电谐振
C．必须把传输信号加到高频电流上
D．必须使用开放回路
【答案】ACD
【解析】：　在电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，把传输信号加到高频电流上，为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D正确。而产生电谐振是在接收过程中，B错误。
4．一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波，打开收音机后盖，在磁棒上能看到两组线圈，其中一组是用细线密绕匝数多的线圈，另一组是用粗线疏绕匝数少的线圈，由此可以判断(　　)
A．匝数多的电感大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波
B．匝数多的电感小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波
C．匝数少的电感小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波
D．匝数少的电感大，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波
【答案】A
【解析】：　根据密绕匝数多的线圈电感大、疏绕匝数少的线圈电感小，B、D选项错误；根据f＝可知，电感越大，回路固有频率越小，C选项错误；根据λ＝可知，频率越小，波长越长，A选项正确。
5．[多选]在电磁波的发射过程中，用一平行板电容器C和一个线圈L组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，下列调节正确的是(　　)
A．增大电容器两极板间的距离
B．增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯
C．把电容器的动片适当旋出一些
D．把电容器的动片适当旋进一些
【答案】BD
【解析】：　要增大发射电磁波的波长，根据λ＝，可知需要减小频率。根据f＝，可知要减小频率可以增加自感系数或电容。要增加电容，根据C＝，可知可以减小极板的距离、增加正对面积、插入电介质；要增加自感系数，可以增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯。故A、C错误，B、D正确。
6．有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线，当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时：
(1)哪种波长的无线电波在收音机中激起的感应电流最强？
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波，应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些，还是旋出一些？
【解析】：(1)根据公式f＝得f1＝＝Hz≈1 034 kHz，f2＝＝Hz≈756 kHz，f3＝＝Hz≈530 kHz。所以波长为397 m的无线电波在收音机中激起的感应电流最强。
(2)要接收波长为290 m的无线电波，应增大调谐电路的固有频率，因此应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。
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第四章 电磁振荡与电磁波
4.4 电磁波谱
一、新课标要求
1．认识电磁波谱。
2．了解电磁波各波段的特点及主要用途。
二、科学素养要求
1.物理观念：电磁波谱
2.科学思维：培养归纳总结、分析推理能力。
3.科学探究：通过实验，体验科学探究过程。
4.科学态度与责任：学习科学家的科学精神，实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。
三、教材研习
知识点　电磁波谱
[情境导学]
如图所示的四种用电器分别用的是哪种波段的电磁波？它们各自的特性是什么？
提示：甲图中的手机用的是无线电波，无线电波波动性强，可以用来传输信号；乙图中的测温仪，用的是红外线，因为一切物体都在不停地辐射红外线且热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强；丙图的消毒柜，是利用紫外线，因为紫外线具有较高的能量，可以利用紫外线灭菌消毒；丁图是医用的CT机，所用的是X射线，因为X射线的穿透本领强。
[知识梳理]
1．电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱。按波长由长到短依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。
2．不同电磁波的特点及应用
特点 用途
无线电波 波动性强 通信、广播、导航
红外线 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导
可见光 感光性强 照明、照相等
紫外线 化学作用荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗
γ射线 穿透力最强 探测、治疗
[初试小题]
1．判断正误。
(1)按波长由短到长顺序排列的是紫外线、可见光、红外线。(√)
(2)电磁波的频率越高，它的波长就越长。(×)
(3)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度。(×)
(4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(×)
2．[多选]下列说法中符合实际的是(　　)
A．在医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
四、要点突破
各种电磁波的特性
[问题探究]
红外线在现代生产生活中有着广泛的应用。请举例说明。
提示：根据红外线的热作用比较强制成热谱仪、红外线夜视仪、红外线体温计等；根据红外线可以进行摇控制成电视、空调遥控器等。
[要点归纳]
1．共性
(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵循公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3．0×108 m/s。
(3)它们的传播都不需要介质。
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2．个性
(1)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，波长越短穿透能力越强。
(2)同频率的电磁波，在不同介质中传播速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。
(3)用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，γ射线检查金属部件的缺陷等。
[例题3]　下面列出的一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机：________。
(2)紫外线灯：________。
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________。
A．紫外线具有很强的荧光效应
B．紫外线具有杀菌消毒作用
C．X射线具有较强的贯穿力
D．红外线具有显著的热效应
E．红外线波长较长，易发生衍射
【特别提醒】
电磁波在生产、生活和现代技术等方面应用广泛，联系实际的题较多，要提高自己运用知识的能力，应该留心自然中、生活中、现代技术中应用了什么物理现象和规律，是如何应用的，这是解决此题的关键。
　　　　 　　[针对训练]
1．[多选]关于电磁波谱，下列说法正确的是(　　)
A．X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
2．2011年3月11日，日本发生里氏9．0级地震，地震和地震引发的海啸造成大量建筑物倒塌。为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来，我国及时派出了救援队。救援队在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员，这种仪器主要是接收人体发出的(　　)
A．可见光　　　　　　　 B．红外线
C．紫外线 D．声音
3．[多选]关于真空中波长为0.6 μm的红光，下列说法中正确的是(　　)
A．其在真空中传播速度为3．0×108 m/s
B．其频率是5×1014 Hz
C．在真空中传播10 m的距离需要的时间是1．0×10－5 s
D．在10 m的距离中(真空)约有1．7×107个波长
【达标训练】
1．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是(　　)
A．发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调
B．电视机的遥控器发射紫外线
C．电磁波中频率最大的为γ射线，用它最容易观察到衍射现象
D．雷达使用微波是因为微波波长较短能沿直线传播
　2．古代也采用过“无线”通信的方式，如在烽火台利用火光传递信息，利用打鼓传出声音传递信号等。关于声音与光，下列说法正确的是(　　)
A．声音和光都是机械波
B．声音和光都是电磁波
C．声音是机械波，光是电磁波
D．声音是电磁波，光是机械波
3．[多选]关于电磁波的发射过程，下列说法正确的是(　　)
A．必须对信号进行调制
B．必须使信号产生电谐振
C．必须把传输信号加到高频电流上
D．必须使用开放回路
4．一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波，打开收音机后盖，在磁棒上能看到两组线圈，其中一组是用细线密绕匝数多的线圈，另一组是用粗线疏绕匝数少的线圈，由此可以判断(　　)
A．匝数多的电感大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波
B．匝数多的电感小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波
C．匝数少的电感小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波
D．匝数少的电感大，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波
5．[多选]在电磁波的发射过程中，用一平行板电容器C和一个线圈L组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，下列调节正确的是(　　)
A．增大电容器两极板间的距离
B．增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯
C．把电容器的动片适当旋出一些
D．把电容器的动片适当旋进一些
6．有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线，当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时：
(1)哪种波长的无线电波在收音机中激起的感应电流最强？
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波，应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些，还是旋出一些？
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