高中物理人教版选修34教学案第十四章第45节电磁波与信息化社会电磁波谱

第4、5节电磁波与信息化社会__电磁波谱1.按电磁波的波长由大到小排列挨次：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。2．无线电波的特性是波动性强，可用于通讯、播送。红外线具有较强热效应，可用于遥感、加热等。可见光具有较强的感光性，可用于照明、照相等。紫外线具有化学作用和荧光作用，可用于日光灯、杀菌等。X射线和γ射线具有较强穿透力量，可用于检查、探测、治疗等。1.按电磁波的波长由大到小排列挨次：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。2．无线电波的特性是波动性强，可用于通讯、播送。红外线具有较强热效应，可用于遥感、加热等。可见光具有较强的感光性，可用于照明、照相等。紫外线具有化学作用和荧光作用，可用于日光灯、杀菌等。X射线和γ射线具有较强穿透力量，可用于检查、探测、治疗等。一、电磁波与信息化社会1．电磁波的传输信息可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输。电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大。2．电磁波的应用实例(1)电视播送的放射和接收过程：(2)雷达的工作原理：雷达利用微波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置。依据放射无线电波到接收反射波的时间t，确定障碍物的距离s＝eq\f(ct,2)，再依据放射无线电波的方向和仰角，确定障碍物的位置。(3)移动、因特网也是利用电磁波来传输信息的。二、电磁波谱1．概念按电磁波的波长或频率大小的挨次把它们排列成谱。2．电磁波谱的排列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。3．不同电磁波的特点及应用特点用途无线电波波动性强通讯、播送、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1．自主思索——判一判(1)高频电磁波是信息传送的载体。(√)(2)雷达是利用微波定位的。(√)(3)电视机是一种放射电磁波的装置。(×)(4)X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变。(√)(5)γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高。(√)(6)紫外线比紫光更简单发生干预和衍射。(×)2．合作探究——议一议(1)如图14­4­1，中国女航天员王亚平在“天宫一号〞为中学校生授课。思索一下，王亚平授课的视频是怎样传到地面上的？图14­4­1提示：通过电磁波来传递。(2)为什么超远程无线电利用无线电波中的长波波段，而雷达利用微波波段？提示：依据波的衍射特性，波长越长，越简单绕过障碍物，所以远程无线电利用长波波段。微波波长短，传播时直线性好，雷达正是利用了微波直线传播性好的特点。各种电磁波的共性与共性1．共性(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为听从相同的规律，各波段之间的区分并没有肯定的意义。(2)都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c×108m/s。(3)它们的传播都不需要介质。(4)它们都具有反射、折射、衍射和干预的特性。2．共性(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越简单产生干预、衍射现象，波长越短穿透力量越强。(2)同频率的电磁波，在不同介质中速度不同。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)产生气理不同无线电波振荡电路中电子周期性运动产生红外线、可见光和紫外线原子的外层电子受激发后产生X射线原子的内层电子受激发后产生γ射线原子核受激发后产生(4)用途不同：无线电波用于通信和播送，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。[典例]以下有关电磁波的特性和应用，说法正确的选项是()A．红外线和X射线都有很高的穿透本事，常用于医学上透视人体B．过强的紫外线照耀有利于人的皮肤健康C．电磁波中频率最大的为γ射线，最简单发生衍射现象D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光[思路点拨](1)穿透力量很强的是γ射线和X射线。(2)红外线波长较长，紫外线对皮肤有损害作用。[解析]X射线有很高的穿透本事，医学上常用于透视人体，红外线不能，A错误；过强的紫外线照耀对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不简单发生衍射，C错误；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，D正确。[答案]D1．依据电磁波谱选出以下各组电磁波，其中频率相互交叉重叠，且波长挨次由短到长排列的是()A．微波、红外线、紫外线B．γ射线、X射线、紫外线C．紫外线、可见光、红外线D．紫外线、X射线、γ射线解析：选B红外线与紫外线在电磁波谱中不相邻，更不会频率重叠，A错误；紫外线、可见光、红外线虽相邻，但它们三者间有明确的界线，频率也不相重叠，C错误；在电磁波谱中紫外线、X射线、γ射线有重叠，γ射线波长最短，紫外线波长最长，故B正确，D错误。2．关于电磁波的特性和应用，以下说法正确的选项是()A．红外线具有很强的穿透本事，常用来在医学上做人体透视B．适量的紫外线照耀有利于人的健康C．紫外线热效应显著，制成了紫外线炉D．γ射线最简单用来观看衍射现象解析：选B红外线具有很强的热效应，制成了红外线炉，穿透力量很差，A、C项错；适量的紫外线照耀有利于人的健康，过量照耀有害身体健康，B项对；γ射线波长很短，不简单用来观看衍射现象，D项错。3．以下说法正确的选项是()A．麦克斯韦证明白光的电磁说的正确性B．红外线的显著作用是热作用，紫外线最显著的作用是化学作用C．X射线的穿透本事比γ射线更强D．X射线与γ射线的产生气理不同，因此它们的频率范围界线清楚，不行能重叠解析：选B麦克斯韦提出了光的电磁说，赫兹用试验证明白光的电磁说的正确性。X射线是原子的内层电子受激发而产生的，γ射线是原子核受激发而产生的，产生气理的确不同，但X射线和γ射线都有一个较大的频率范围，较高频率的X射线与较低频率的γ射线产生了重叠，其他相邻电磁波间也存在重叠。雷达探测的原理和应用1．雷达的原理利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。2．雷达的构造及特点一般由天线系统、放射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于掌握雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。(1)雷达既是无线电波的放射端，又是无线电波的接收端。(2)雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。[典例]一个雷达向远处放射无线电波，每次放射的时间为1μs，两次放射的时间间隔为100μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图14­4­2所示，图中刻度ab＝bc，那么障碍物与雷达之间的距离是多大？图14­4­2[思路点拨]应用ab段为无线电波放射到返回的时间，可求出电磁波的路程，即可求出障碍物与雷达之间的距离。[解析]图中a和c处的尖形波是雷达向目标放射无线电波时消失的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时消失的，由ab＝bc可知，无线电波从放射到返回所用时间为50μs。设雷达离障碍物的距离为S，无线电波来回时间为t，波速为c，由2S＝ct得S＝eq\f(ct,2)＝eq\×108×50×10－6,2)×103m。[答案]×103m雷达侦察问题的解决方法(1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c，依据雷达荧光屏上放射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。(2)依据放射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。(3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达放射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半。1．(多项选择)雷达采纳微波而不用其他无线电波的缘由是()A．微波具有很高的频率B．微波具有直线传播的特性C．微波的反射性强D．微波比其他无线电波(长波、中波、短波等)传播的距离更远解析：选ABC微波的波长较短，频率较高，不简单产生衍射或干预现象，微波的反射性较强，直线性较好。微波与其他无线电波的波速相等，都可以传播较远的距离，所以A、B、C项正确。2．关于雷达的特点，以下说法正确的选项是()A．雷达所用无线电波的波长比短波更长B．雷达只有连续放射无线电波，才能发觉目标C．雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离D．雷达在能见度低的黑夜将无法使用解析：选C雷达是利用无线电波的反射来工作的，因此它利用的无线电波处于微波段，目的是增加反射，减小衍射。雷达大约每隔0.1ms放射时间短于1μs的脉冲信号，依据屏上显示的放射信号和接收到的反射信号可以直接读出障碍物的距离。3．一雷达站探测敌机时荧光屏上消失的记录图像如图14­4­3，A是放射时的雷达探究波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，那么敌机距雷达站的距离是()图14­4­3A．9×105×105mC．3×105m D．无法确定解析：选B由题图知两波形相差3×10－3s，即敌机与雷达站距离为s＝vt＝3×108×eq\f(1,2)×3×10－3×105m，故B正确。1．古代也采纳过“无线〞通信的方式，如利用火光传递信息的烽火台，利用声音传递信号的鼓等，关于声音与光，以下说法中正确的选项是()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，光是机械波解析：选C声音必需在介质中传播，是机械波；光可以在真空中传播，是电磁波。2．一种电磁波入射到半径为1m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱中的()A．可见光 B．γ射线C．无线电波 D．紫外线解析：选C波能发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小。如下图，电磁波中的无线电波波长范围是104～10－3m，红外线波长范围是10－3～10－7m，可见光、紫外线、γ射线的波长更短，所以只有无线电波才符合条件。3．验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光，电视机、空调的遥控器发出的光能掌握电视机、空调的工作状态。对于它们发出的光，以下推断正确的选项是()A．它们发出的都是红外线B．它们发出的都是紫外线C．验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线D．验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线解析：选D紫外线有较强的荧光作用，能使荧光物质发出荧光，故验钞机发出的是紫外线，红外线波长较长，简单发生衍射，故能很便利地遥控家用电器。故D正确。4．(多项选择)在电磁波中，以下说法正确的选项是()A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限B．γ射线的频率肯定大于X射线的频率C．X射线的波长有可能等于紫外线波长D．可见光波长肯定比无线电波的短解析：选CDX射线与γ射线、X射线与紫外线的界限并不明显。5．科学家曾经设想通过高耸的天线塔，以无线电波的形式将电能输送到指定地点，但始终没有在应用层面上获得胜利，其主要缘由是这类无线电波()A．在传输中许多能量被汲取B．在传播中易受山脉阻隔C．向各个方向传输能量D．传输能量易造成电磁污染解析：选C电磁波可以向各个方向传播，而电能的输送需要定向传播。6．(多项选择)等离子显示屏PDP是一种以等离子管作为发光元件，并由大量的等离子管排列在一起构成的屏幕。每个等离子管的透亮?????玻璃管内都充有低压的氖氙气体，管的两端各有一个电极，在两个电极间加上高电压后，封在管内的气体便产生某种肉眼看不见的射线，它激发显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个等离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化的组合，便形成了各种灰度和颜色的图像，那么()A．等离子管发光的微观机理是通过高电压使低压氖氙气体原子的外层电子受到激发而发光B．等离子管发光的微观机理是通过高电压使低压氖氙气体原子的内层电子受到激发而发光C．该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的荧光效应D．该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的化学作用解析：选AC依据紫外线的产生气理、特点及应用可知是某种看不见的射线使荧光粉发光，看不见的射线应是紫外线，使荧光粉发光，这是紫外线的荧光效应。紫外线作为电磁波家族中的一员，它的产生气理与可见光和红外线的产生气理是相同的，都是原子的外层电子受到激发后产生的，所以正确的选项是A、C。7．(多项选择)雷达是应用电磁波来工作的，它放射的电磁波频率多在300MHz至1000MHz的范围内，真空中光速c＝3×108m/s，以下说法中正确的选项是()A．电磁波可由恒定不变的电场和磁场产生B．电磁波可由周期性变化的电场和磁场产生C．雷达放射的电磁波在真空中的波长范围多在0.3m至1m之间D．雷达与目标之间的距离可由电磁波从放射到接收的时间间隔确定解析：选BCD恒定的电场不能产生磁场，A错误；周期性变化的电场可以产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场也可以产生周期性变化的电场，这样的电场和磁场形成的统一体就是电磁场，B正确；雷达放射的电磁波频率多在300MHz至1000MHz的范围内。因此，它在真空中的波长可由λ＝c/f求得，那么其波长范围为0.3m至1m，C正确；雷达与目标之间的距离可由电磁波从放射到接收的时间间隔确定，等于cΔt/2，D正确。8．某雷达工作时，放射电磁波的波长λ＝20cm，每秒脉冲数n＝5000，每个脉冲持续时间t＝0.02μs，求：该电磁波的振荡频率为多少？最大侦察距离是多少？解析：由c＝λf可得电磁波的振荡频率f＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,20×10－2)×109Hz。电磁波在雷达放射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离s＝cΔt＝ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,n)－t))＝3×108×eq\b\lc\(\rc\)(