资源简介

4.3　电磁波谱
学习目标
1.通过任务1及其活动,知道无线电波的波长范围、波段划分、传播方式及一般应用。(物理观念)
2.通过任务2及其活动,知道红外线、紫外线的特征和应用,知道可见光的颜色与其波长(频率)有关。(物理观念)
3.通过任务3及其活动,知道X射线和γ射线的特征及简单应用。(科学态度与责任)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考1:物体辐射红外线与其温度有什么关系

思考2:紫外线为什么能用来灭菌消毒

思考3:机场、车站等公共场所进行行李安检用的是什么类型的电磁波

正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线。 (　　)
(2)红外线有显著的热效应,紫外线有显著的化学作用。(　　)
(3)低温物体不能辐射红外线。 (　　)
(4)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。 (　　)
(5)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　无线电波
在我们身边到处都有电磁波,它的应用更是比比皆是。请查阅资料了解下面列出的设备工作时所发出的波分别属于哪些电磁波。(1)微波炉加热食物时发出的波。(2)电视发射塔发出的波。(3)互联网光缆中传播的波。(4)电视机遥控器发出的波。
1.什么是无线电波 无线电波按照波长分为哪几个波段


2.为什么雷达使用的无线电波是微波


3.为什么移动电话(手机)既有无线电波的发射装置,又有无线电波的接收装置

1.无线电波是指波长大于①　　的电磁波,按照波长从大到小依次为②　　、中波、③　　、短波及④　　等波段。
2.无线电波的传播方式有三种:⑤　　、地波和⑥　　。
3.无线电波的应用:无线电话、电视广播、⑦　　及数据传输等。
4.每一部移动电话都有无线电波的⑧　　装置,把用户的信息转变为高频电信号发射到空中;同时它又有无线电波的⑨　　装置,使用户接收到对方送来的信息。
应用1　太空通信
我国航天员进行太空授课,信号的传播是利用 (　　)
A.声波 B.超声波
C.电磁波 D.引力波
(多选)2022年8月,我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”实现了国际上首次对太阳Hα波段光谱扫描成像,这相当于给太阳低层大气做了“CT”扫描。“羲和号”获得的信息传输到地面,进入大气层时信息载体的 (　　)
A.传播速度约为3.0×108 m/s
B.传播速度约为340 m/s
C.频率不变
D.频率变小
应用2　雷达测距
雷达向远处发射无线电波,每次发射的时间是1 μs,两次发射的时间间隔为100 μs,在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示,已知图中ab=bc,障碍物与雷达之间的距离是多大
(1)雷达测距是利用电磁波的什么特性
(2)题图中a处和c处的尖形波分别对应什么时刻

任务2　红外线、可见光与紫外线
　　红外线测温仪与传统的热传导测温仪相比,具有操作简单、防病毒交叉感染、测温效率高等特点。
1.红外体温计测量体温的原理是什么


2.红外线、可见光、紫外线的波长范围分别是多少 为什么我们看到的世界五彩缤纷


3.生活中经常用紫外线消毒和防伪,这是利用了紫外线的什么特性


1.红外线的波长比⑩　　短,比　　长。所有物体都发射红外线。高温物体的红外辐射比低温物体的红外辐射　　。红外线应用有夜视仪、　　、红外遥感、　　等。
2.可见光的波长范围是　　,　　(频率)范围不同的可见光表现为不
同的颜色。
3.紫外线的波长范围是　　。紫外线具有较高的能量,足以破坏细胞核中的物质,可以利用紫外线　　　　　;紫外线还能促进人体对　　的吸收;紫外线还有荧光效应,可以用来设计　　　　措施。
问题讨论
太阳光中含有紫外线,日常生活中太阳光的紫外线对人的作用有哪些


应用　红外线的特点
被动红外夜视技术是借助于目标自身发射的红外线实现观察的红外技术,该技术可用于制造被动夜视镜,广泛应用于特战部队。红外线的特征为 (　　)
A.能杀死多种细菌,常用于医院和食品消毒
B.具有热效应,常用于加热和烘干物体
C.穿透能力很强,能使照相底片感光
D.穿透能力比X射线更强,工业上常用它来进行探伤
任务3　X射线和γ射线
德国物理学家伦琴于1895年发现X射线可以穿透肌肉照出手骨轮廓,于是有一次他夫人到实验室来看他时,他请她把手放在用黑纸包严的照相底片上,然后用X射线对准照射15分钟,显影后,底片上清晰地呈现出他夫人的手骨像。这是一张具有历史意义的照片,它表明了人类可借助X射线,隔着皮肉去透视骨骼。阅读课本“X 射线和γ射线”部分的内容,回答下列问题。
1.X射线和γ射线与紫外线相比,波长长还是短 能量高还是低


2.X射线有什么特征 主要用途有哪些


3.γ射线主要用途有哪些

1.X射线的波长比紫外线的更短,有很强的　　本领,利用其穿透“深度”与物质的密度有关的特点,进行对人体的　　和探测金属构件内部的缺陷。
2.γ射线的　　本领更大,在工业和医学等领域有广泛的应用,如治疗　　,探测金属构件内部的　　等。
应用1　电磁波的应用
图1展现了在医院用某频段电磁波进行医
学成像诊断的场景,图2是利用成像技术所获得的相片。关于该成像技术,下列说法正确的是 (　　)
图1　　　　　　　　图2
A.该频段的电磁波属于γ射线
B.可以利用该频段的电磁波进行灭菌消毒
C.可以利用该频段的电磁波制成不需要与身体接触的温度计
D.可以利用该频段的电磁波在车站、机场等安检场景探测箱内的物品
应用2　电磁波的多普勒效应
天体光谱中的“红移”现象是宇宙膨胀的有力证据之一。观测站接收到的某天体发射的电磁波频率小于该天体发射的电磁波的频率,这称为“红移”现象。“红移”现象的本质是电磁波的 (　　)
A.干涉 　B.衍射 　C.偏振 　 D.多普勒效应
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)关于雷达,下列说法正确的是 (　　)
A.雷达所用无线电波的波长比短波更长,只有连续发射无线电波才能发现目标
B.雷达发出或接收的电磁波受天气影响,在浓雾天能见度低的黑夜不能使用
C.雷达发出的电磁波是纵波,电磁波中的电场和磁场平行,是振动方向与传播方向同轴的波
D.雷达发出的电磁波可以在真空中传播,电磁波中的电场和磁场之间相互感应并向周围空间传播电磁能
2.(任务2)关于电磁波,下列说法正确的 (　　)
A.长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输
B.除可见光外,我们看不到其他电磁波,所以电磁波不具有能量
C.空间站距离地面约400 km,将空间站内拍摄的图片从空间站传回地面最少需要0.01 s
D.麦克斯韦预言并通过实验验证了电磁波,为无线电技术发展开拓了道路
3.(任务3)太阳表面温度约为6000 K,主要发出可见光;人体温度约为310 K,主要发出红外线;宇宙的温度约为3 K,所发出的辐射称为“3 K背景辐射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空间保留下的余热,若要进行“3 K背景辐射”的观测,应该选择的相应波段是 (　　)
A.无线电波　B.紫外线　C.X射线　D.γ射线
4.(任务3)太赫兹(THz)波是指频率在0.1 THz~10 THz(波长为3000 μm~30 μm)范围内的电磁波,利用该频段的电磁波可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识。通过和电磁波谱对比,下列说法正确的是 (　　)
　A.太赫兹波比红光更容易发生明显衍射
B.太赫兹波比紫外线的能量更大
C.太赫兹波比短波频率更小
D.太赫兹波可以用于工业探伤
答案与解析
自主预习·悟新知
思考1:物体温度越高,红外辐射越强。
思考2:因为紫外线具有较高的能量,足以破坏细胞核中的物质。
思考3:安检用的是X射线。
判断　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.见知识生成1。
2.波长短的电磁波,由于衍射现象不明显,传播的方向性好,有利于电磁波定位,因此雷达用的是微波。
3.每一部移动电话都是一个无线电台,它将用户的信息转变为高频电信号发射到空中;同时它又捕捉空中的电磁波,使用户接收到对方送来的信息。
知识生成　①1 mm　②长波　③中短波　④微波　⑤直线传播　⑥天波　⑦雷达　⑧发射　⑨接收
应用探究
例1　C　【解析】电磁波能在真空中传播,航天员进行太空授课的信号是通过电磁波传输到地面的。
例2　AC　【解析】信息载体为电磁波,电磁波的传播速度约为3.0×108 m/s,A项正确,B项错误。电磁波在传播过程中频率保持不变,C项正确,D项错误。
例3　【提示】(1)电磁波遇到障碍物要发生反射;(2)a处和c处的尖形波分别对应雷达相邻两次向目标发射无线电波的时刻,b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波的时刻。
【解答】由ab=bc可知,无线电波由发射到返回所用时间为50 μs。设障碍物与雷达之间的距离为x,由题意可知,无线电波来回时间t=50 μs,由2x=ct,得x== m=7.5×103 m。
任务2
问题引领
1.人身体各个部位体温是不同的,所以辐射的红外线强度就会不一样,温度越高辐射的红外线强度越大,温度越低辐射的红外线强度就越小,所以通过测量辐射出来的红外线的强度就能测量出个各部位的温度。
2.红外线的波长范围是760 nm~1 mm,可见光的波长范围是400 nm~760 nm,紫外线的波长范围是5 nm~370 nm,由于物体反射或折射不同波长(频率)的可见光,而波长(频率)范围不同的光表现为不同的颜色,所以我们看到的世界五彩缤纷。
3.由于紫外线具有较高的能量,足以破坏细胞核中的物质,所以可以利用紫外线灭菌消毒;由于许多物质在紫外线的照射下会发出荧光,所以可以用来设计防伪措施。
知识生成　⑩无线电波　可见光　强　红外照相　红外测温　400 nm~760 nm　波长　5 nm~370 nm　灭菌消毒　钙　防伪
应用探究
活动　紫外线能够促进人体合成维生素D,维生素D能促进钙的吸收,所以经常晒太阳可以在一定程度上预防佝偻病,但过强的紫外线对人体有害(如夏季的阳光),所以要进行防护。
例4　B　【解析】紫外线能杀死多种细菌,常用于医院和食品消毒,A项错误。红外线具有显著的热效应,常用于加热和烘干物体,B项正确。X射线穿透能力很强,能使照相底片感光,红外线的穿透能力弱,C项错误。γ射线穿透能力比X射线更强,工业上常用它来进行探伤,红外线穿透能力比X射线弱,D项错误。
任务3
问题引领
1.X射线和γ射线的波长比紫外线的波长短,它们具有的能量也更高。
2.X射线具有很强的穿透本领。其主要用途有检查人体的内部器官、检查金属构件内部的缺陷、公共场所的安检等。
3.γ射线能破坏生命物质,可以摧毁病变的细胞,用来治疗某些癌症。γ射线的穿透能力很强,也可用于探测金属构件内部的缺陷。
知识生成　穿透　透视　穿透　癌症　缺陷
应用探究
例5　D　【解析】用于医学成像诊断的电磁波属于X射线,A项错误;紫外线可以进行灭菌消毒,B项错误;利用红外线的热辐射可以制成不需要与身体接触的温度计,C项错误;利用X射线可以在车站、机场等安检场景探测箱内的物品,D项正确。
例6　D　【解析】根据题意,观测站接收到某天体发射的电磁波频率小于该天体发射的电磁波的频率,说明“红移”现象的本质是电磁波的多普勒效应。
随堂检测·精评价
1.D　【解析】雷达所用无线电波为微波,微波的波长比短波的更短,雷达通过发射无线电波的脉冲并接收电磁脉冲工作,A项错误。电磁波的使用几乎不受天气影响,故雷达在能见度低的黑夜一样使用,B项错误。电磁波中的电场和磁场互相垂直,并都与波的传播方向垂直,即电磁波是横波,C项错误。电磁波可以在真空中传播,电磁波中的电场和磁场之间相互感应并向周围空间传播电磁能,D项正确。
2.A　【解析】长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输,A项正确。除可见光外,我们看不到其他电磁波,但所有电磁波均具有能量,B项错误。空间站离地面高约400 km,图片从空间站传回地面最少需要的时间t= s=0.0013 s,C项错误。麦克斯韦预言了电磁波,赫兹通过实验验证了电磁波的存在,D项错误。
3.A　【解析】电磁波谱按波长由长到短的顺序排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,由题意知,物体温度越高,其发出的电磁波波长越短,宇宙的温度约为3 K,则其发出的电磁波的波长应在无线电波波段,A项正确。
4.A　【解析】发生明显衍射现象的条件是障碍物或者孔径尺寸与波长相差不多或小于波长,太赫兹波的波长比红光的大,更容易发生明显衍射,A项正确。由c=λf可知,波长越大,频率越小,太赫兹波的波长比紫外线的大,频率低于紫外线,根据爱因斯坦的光子说,可知它的光子的能量比紫外线光子的能量更小,B项错误。太赫兹波的波长比短波的小,频率比短波的大,C项错误。由于频率越高的电磁波穿透力越强,太赫兹波频率远低于X射线的频率,所以太赫兹波的穿透能力比X射线的更弱,不可以用于工业探伤,D项错误。

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