资源简介

4.4　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:无线电波有哪些应用


思考2:物体辐射红外线与其温度有什么关系


思考3:紫外线为什么能用来灭菌消毒


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)各种电磁波中最容易发生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
无线电波是指在自由空间(包括空气和真空)中传播的电磁波,其频率一般在300 GHz以下。除了移动电话、电视外,无线电波还被广泛地用于雷达、导航、数据传输、天文观察等各个领域。阅读课本“无线电波”部分的内容,思考、回答下列问题。
1.什么叫作无线电波 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　米波的判断
我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1 m~10 m范围内。对该无线电波的判断正确的是 ( )
A.米波的频率比厘米波的频率高
B.米波和机械波一样需靠介质传播
C.米波同光波一样会发生反射现象
D.米波不可能产生干涉和衍射现象
应用2　雷达测速
某高速公路自动测速仪装置如图1所示,雷达向汽车驶来方向发射不连续的电磁波,每次发射时间约为百万分之一秒,两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射无线电波时,在指示器荧光屏上呈现出一个尖形波;在收到反射回来的无线电波时,在荧光屏上呈现第二个尖形波。根据两个波的距离,可以计算出汽车到雷达的距离,根据自动打下的纸带,如图2所示,可求出该汽车的车速。请根据给出的t1、t2、t、c写出汽车车速表达式。
图1　　　　　　　　　　　　图2


归纳总结
雷达测速实际上是测出两次发射无线电波时雷达与目标物之间的距离,这两个距离之差就是目标在两次发射无线电波时间内移动的距离,有了移动距离和时间就可以利用计算机自动算出目标物移动的速度。
任务2　红外线、可见光与紫外线
近年来,红外体温计被广泛使用于测量体温,如图所示。
1.什么物体能向外辐射红外线

2.红外体温计测量体温的原理是什么


3.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



4.为什么我们既要接受适量的阳光照射,又要避免过量的阳光照射



5.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　　　　nm,　　　　(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　　　　nm。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。
应用　不同电磁波的判断
间谍卫星上装有某种遥感照相机,可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车,即使车队离开也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于 ( )
A.可见光波段 B.红外波段
C.紫外波段 D.无线电波波段
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射线的波长有什么特征

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



4.什么是电磁波谱 电磁波按照波长从大到小排列顺序是怎样的



1.X射线波长比紫外线更小,有较强的　　　　本领,利用其穿透本领与物质的密度有关,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　　　　,也可用于探测金属构件内部的　　　　。
应用1　电磁波的应用
(多选)许多光学现象在科学技术上得到了应用,以下对一些应用的解释,正确的是 ( )
A.紫外验钞机是利用紫外线的化学作用
B.X光透视利用的是光的衍射现象
C.工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强穿透能力
D.红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象
应用2　电磁波的波动性
随着通信技术的更新换代,无线通信使用的电磁波频率更高,频率资源更丰富,在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力,“4G改变生活,5G改变社会”。与4G相比,5G使用的电磁波 ( )
A.光子能量更大 B.衍射更明显
C.传播速度更大 D.波长更长
归纳总结
电磁波与机械波都具有波动性,同样能发生反射、折射、干涉和衍射等现象,并且规律相同。
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)(多选)雷达指示器的荧光屏上出现的尖形波如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.两个尖形波都是雷达向目标发射的无线电波形成的
B.两个尖形波都是雷达收到反射回来的无线电波形成的
C.第一个尖形波是雷达向目标发射的无线电波形成的
D.第二个尖形波是雷达收到反射回来的无线电波形成的
2.(任务2)(多选)关于可见光,下列说法正确的是 ( )
A.可见光中的红光的频率比紫光的频率低
B.可见光不能在真空中传播
C.可见光波长越长,越容易发生明显的衍射现象
D.可见光能发生光的干涉和衍射现象,说明光是横波
3.(任务3)(多选)下列关于电磁波谱的说法正确的是 ( )
A.夏天太阳把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的
B.验钞机验钞票真伪体现了紫外线的荧光作用
C.利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D.电磁波谱中最难发生衍射的是X射线
4.(任务3)广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波。它们的频率分别为f1、f2、f3、f4,则下列频率大小的排列顺序正确的是 ( )
A.f1>f2>f3>f4
B .f1C.f1D.f1>f3>f2>f4
参考答案
自主预习·悟新知
思考1:广播、电视、导航、雷达、无线通信、天文观察等。
思考2:热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。
思考3:因为紫外线具有较高的能量,足以破坏细胞核中的物质。
判断　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.技术上把波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称作无线电波,并按波长从大到小划分为长波、中波、中短波、短波及微波等波段。微波有米波、分米波、厘米波、毫米波等。
2.波长短的电磁波,由于衍射现象不明显,传播的方向性好,有利于用电磁波定位,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】从名称上可判断,米波的波长大于厘米波的波长,由波长与频率、波速关系式λ=可知,米波的频率小于厘米波的频率,A项错误;无线电波是电磁波,可以在真空中传播,B项错误;无线电波同光波一样会发生反射现象,可以产生干涉和衍射现象,C项正确,D项错误。
例2　【解答】由图2所示,第一次发射电磁波,知汽车距离雷达的距离s1=,第二次发射电磁波,知汽车距离雷达的距离s2=,两次发射时间间隔为t',则汽车车速v===。
任务2
问题引领
1.所有物体都辐射红外线,高温物体的红外辐射比低温物体的红外辐射强。
2.人身体各个部位体温是有变化的,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,所以通过辐射出来的红外线的强度就可以测出各个部位的温度;红外体温计并不是靠体温计发射红外线来测体温的。
3.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,所以我们看到世界五彩缤纷。
4.太阳光中有许多紫外线,人体接受适量的紫外线照射,能促进钙的吸收,改善身体的健康状况。但紫外线具有较高的能量,足以破坏细胞核中的物质,过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤。
5.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　400~760　波长　5~370　灭菌消毒
钙　防伪
应用探究
例3　B　【解析】任何物体都在向外辐射红外线,温度越高辐射越强,导弹发射、汽车行驶时发动机温度很高,会辐射出强烈的红外线。车队离开后,空气中的热还没有马上散发掉,所以遥感照相机还能探测到车队刚刚走过的轨迹,B项正确。
任务3
问题引领
1.X射线和γ射线的波长比紫外线更短,因此其具有的能量也更高。
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。
4.电磁波谱就是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。电磁波按照波长从大到小排列包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等(如图所示)。
知识生成　穿透　透视　穿透　癌症　缺陷
应用探究
例4　CD　【解析】 紫外验钞机利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光物质,使这些物质发出可见光,能被肉眼看到,这利用了紫外线的荧光效应,A项错误;X射线具有极强的穿透能力,在医学上用它来透视人体,检查病变和骨折情况,B项错误;γ射线具有较强穿透能力,工业上的金属探伤就是利用的这个原理,C项正确;一切物体都在不停地辐射红外线,红外遥感技术就是利用的这个原理,D项正确。
例5　A　【解析】5G使用的电磁波频率比4G的高,根据E=hν可知5G使用的电磁波的光子能量比4G的光子能量更大,A项正确;发生明显衍射的条件是障碍物(或孔)的尺寸跟波长相当,甚至比波长还小;因5G使用的电磁波频率更高,即波长更短,故5G更不容易发生明显衍射,B项错误;电磁波在真空中的传播速度都是相同的;电磁波在介质中的传播速度v=,5G的频率比4G的高,而频率越大折射率越大,电磁波在介质中的传播速度越小,C项错误;因5G使用的电磁波频率更高,根据v=,可知其波长更短,D项错误。
随堂检测·精评价
1.CD　【解析】第一个尖形波振幅大能量大,是发射的无线电波形成的,第二个尖形波振幅小,能量小,是反射回来的无线电波形成的,C、D两项正确。
2.AC　【解析】红光的波长比紫光的波长长,频率低,A项正确;所有电磁波,包括可见光都能在真空中传播,B项错误;根据波的特征,波长越长,越容易发生明显的衍射现象,C项正确;可见光能发生光的干涉和衍射现象,但不能因此说明光是横波,D项错误。
3.BC　【解析】 热效应最强的是红外线,A项错误;验钞机是利用了紫外线的荧光作用,B项正确;电磁波测距就是利用发射脉冲和接收脉冲的时间间隔来确定的,C项正确;电磁波谱中比X射线波长短的还有γ射线,D项错误。
4.C　【解析】广播电台利用的是无线电波,波长较长,频率较低;X光的穿透能力较强,频率较高;可见光的频率比微波的频率高。综上所述,C项正确。

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