4.4 电磁波谱-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册创新导学案课件PPT（人教版2019）

第四章　电磁振荡与电磁波 4.电磁波谱 目录 1 2 课前自主学习 课堂探究评价 3 课后课时作业 1．知道电磁波的种类，知道各种电磁波按波长(或频率)的排序，即电磁波谱。2.了解不同种电磁波的特性以及应用。 3 课前自主学习 一　电磁波谱 1．电磁波包括无线电波、__________、可见光、紫外线、_________、γ射线等。不同电磁波具有不同的_____(______)，具有不同的特性。 2．电磁波谱就是按电磁波的_________或_________的顺序把它们排列成的谱。 二　无线电波 1．技术上把波长大于1 mm(频率小于300 GHz)的电磁波称作无线电波，并按波长(频率)划分为若干波段。 2．无线电波广泛应用于通信、______及其他信号传输。 (1)广播电台和电视台都能发射无线电波。 (2)雷达是利用无线电波的_________来测定物体位置的无线电设备，它用的是______波。 红外线 X射线 波长 频率 波长大小 频率高低 广播 反射 微 课前自主学习 5 (3)移动电话既能发射电磁波，同时它又捕捉空中的电磁波。 (4)天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究。 三　红外线 1．红外线的波长比无线电波___，比可见光___。所有物体都发射红外线。热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射______。 2．应用：夜视仪器、红外摄影、_______________、红外体温计。 四　可见光 1．能使人的眼睛产生______效应的电磁波，称为可见光。 2．可见光的波长为400～760 nm，波长(频率)范围不同的光表现为不同的______。 五　紫外线 1．在紫光之外，波长范围为5～370 nm的电磁波是紫外线。 短 长 强 红外遥感技术 视觉 颜色 课前自主学习 6 2．特征：具有______的能量。 3．应用：灭菌消毒、促进钙的吸收、_______________。 六　X射线和γ射线 1．X射线的波长比紫外线更短，波长最___的电磁辐射是γ射线。 2．X射线的特征及应用 (1)特征：对生命物质有______的作用，具有很强的______本领。 (2)应用：检查人体的内部器官、检查金属构件内部的缺陷、机场等地的_________。 3．γ射线的特征及应用 (1)特征：具有_____的能量，能破坏生命物质，穿透能力______。 (2)应用：治疗某些癌症、探测金属构件内部的缺陷。 较高 设计防伪措施 短 较强 穿透 安全检查 很强 很高 课前自主学习 7 提示 1．判一判 (1)X射线是电磁波，它由速度较高的电子构成。(　　) (2)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。(　　) (3)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)× 　 2．想一想 按电磁波的波长从长到短分布的电磁波谱是怎样的？ 提示：按电磁波的波长从长到短分布的电磁波谱是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。 课前自主学习 8 课堂探究评价 探究　电磁波谱 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 10 活动1：我们知道光是一种电磁波，如图甲所示是红外照片，除可见光和红外线，你还知道哪些电磁波？ 活动2：如图乙所示是可见光的光谱，其他电磁波在光谱中的大致位置是什么？ 提示：无线电波、紫外线、X射线、γ射线。　 提示 提示：无线电波和红外线在红光的左侧，紫光的右侧依次是紫外线、X射线、γ射线。 课堂探究评价 11 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等合起来便构成了范围非常广阔的电磁波谱。如图所示是按波长由大到小(频率由低到高)顺序排列的。 课堂探究评价 12 1．无线电波 (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。 (2)根据不同波段的无线电波传播特点不一样，发射、接收所用的设备和技术也不尽相同，将无线电波按波长(频率)划分为若干波段。不同波段的无线电波有不同的用途，如下表所示。 波段 波长/m 频率/MHz 传播方式 主要用途 长波 30000～3000 0.01～0.1 地波 广播、导航 中波 3000～200 0.1～1.5 地波和天波 中短波 200～50 1.5～6 天波 调幅(AM)广播、导航 短波 50～10 6～30 超短波 10～1 30～300 近似直线传播 调频(FM)广播、电视、导航 微波 分米波 1～0.1 300～3000 直线传播 电视雷达移动通信导航射电天文 厘米波 0.1～0.01 3000～30000 毫米波 0.01～0.001 30000～300000 课堂探究评价 13 课堂探究评价 14 (1)红外探测：红外探测器能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，是夜视仪器和红外摄影的基础。 (2)红外遥感技术：用灵敏的红外探测器接收远处物体发出的红外线，然后用电子电路对信号进行处理，可以得知被测对象的形状及温度、湿度等参数。这就是红外遥感技术。利用红外遥感技术可以在飞机或人造地球卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮。红外遥感技术在军事上的应用也十分重要。 (3)红外测温：人体也在发射红外线，体温越高，发射的红外线越强。根据这个原理制成的红外体温计不与身体接触也可以测量体温。 课堂探究评价 15 3．可见光 可见光的波长在400 nm到760 nm之间，不同颜色的光是波长(频率)范围不同的电磁波。 天空看起来是蓝色的，是由于波长较短的光比波长较长的光更容易被散射；傍晚的阳光比较红，是由于大气对波长较短的蓝光、紫光比波长较长的红光、橙光吸收较强的缘故。 光的颜色 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 真空中的 波长λ/nm 760～ 630 630～ 600 600～ 570 570～ 500 500～ 450 450～ 430 430～ 400 课堂探究评价 16 4．紫外线 紫外线的波长比紫光还短，波长范围为5 nm到370 nm之间。 (1)紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质。因此，可以利用紫外线灭菌消毒。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，改善身体健康状况。但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤。 (2)许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，根据这一点可以设计防伪措施。 5．X射线 (1)波长比紫外线更短。 (2)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。 (3)具有很强的穿透本领，可以用于人体透视，检查金属构件内部的缺陷，在机场等地进行安全检查时探测箱内物品。 课堂探究评价 17 6．γ射线 (1)γ射线是波长最短的电磁辐射。 (2)能破坏生命物质，在医学上可以用来治疗某些癌症。 (3)穿透能力很强，可用于探测金属构件内部的缺陷。 课堂探究评价 18 例1　关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是(　　) A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体 B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康 C．电磁波谱中频率最高的为γ射线，最容易发生衍射现象 D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光 答案 课堂探究评价 19 [实践探究]　(1)医学上常用于透视人体的是哪种电磁波？为什么？ (2)在电磁波谱中由红外线到γ射线，频率最高的是什么？波长最长的是什么？ 提示：X射线。X射线的穿透本领很强。 提示 提示：γ射线的频率最高。红外线的波长最长。 规范解答 规范解答　X射线具有很强的穿透本领，常用于医学上透视人体，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波谱中频率最高的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，C错误；紫外线和X射线都具有明显的化学效应，都可以使感光底片感光，D正确。 课堂探究评价 20 电磁波谱相关问题解题方法 (1)熟记各种电磁波的特性及应用。 (2)按电磁波谱的排列顺序，波长越长，频率越低，衍射能力越强，穿透能力越弱；波长越短，频率越高，衍射能力越弱，穿透能力越强。 课堂探究评价 [变式训练1]　响尾蛇导弹是一种被动制导的空对空导弹，它本身并不发射电磁波，但即使在漆黑的夜晚它也能自动追踪敌方的飞机，并将其击落。响尾蛇导弹的这种本领靠的是电磁波谱中哪一种电磁波的作用(　　) A．X射线 B．紫外线 C．红外线 D．无线电波 答案 解析 解析　任何物体都发射红外线，温度越高红外辐射越强，敌方飞机中的发动机工作时会发热，辐射的红外线强，据此响尾蛇导弹在漆黑的夜晚能自动追踪敌方飞机，故选C。 课堂探究评价 22 例2　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(　　) A．3×104 m B．1.5×104 m C．7.5×103 m D．3.75×103 m 答案 课堂探究评价 23 [实践探究]　(1)图中a、b、c分别代表什么？ (2)障碍物与雷达之间的距离等于多长的时间内无线电波传播的距离？ 提示：a、c代表发射的无线电波，b代表接收的无线电波。 提示 提示：等于从a到b的一半时间内无线电波传播的距离。 规范解答 课堂探究评价 24 雷达侦察问题的解决方法 (1)电磁波在空气中的传播速度可认为等于真空中的光速c，由波速、波长和频率三者间的关系可求得频率或波长。 (2)根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必须在下一个发射波发出前到达雷达接收器。　　 (3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的间隔时间内传播距离的一半。 课堂探究评价 [变式训练2]　(多选)为了监督司机是否遵守限速规定，交管部门在公路上安装了固定测速仪。如图所示，汽车向放置在道路中间的测速仪匀速驶来，测速仪向汽车发出两次短促的电磁波信号。第一次发出信号到测速仪接收到经汽车反射回来的信号用时0.5 μs，第二次发出信号到测速仪接收到汽车反射回来的信号用时0.3 μs，若发出两次信号的时间间隔是1.1 s，则(　　) A．汽车第一次反射信号时，距测速仪77 m B．汽车第二次反射信号时，距测速仪45 m C．汽车的速度是30 m/s D．汽车的速度是27.3 m/s 答案 课堂探究评价 26 解析 课堂探究评价 27 课后课时作业 1．(电磁波谱)下列各组电磁波，按频率由高到低的正确排列顺序是(　　) A．无线电波、红外线、可见光、X射线 B．X射线、红外线、可见光、无线电波 C．X射线、可见光、红外线、无线电波 D．无线电波、可见光、红外线、X射线 答案 解析 解析　由c＝fλ，可知波长越长，频率越低。根据电磁波按波长的排列顺序，可得按频率由高到低排列的顺序是X射线、可见光、红外线、无线电波，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 2．(对无线电波的认识)(多选)下列关于无线电波的叙述中，正确的是(　　) A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波 B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s C．无线电波不能产生干涉和衍射现象 D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 3．(红外线)“风云”二号卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的可以接收云层辐射的红外线的感应器完成的，云图上的黑白程度是由辐射红外线的云层的温度高低决定的，这是利用了红外线的(　　) A．穿透性 B．电离性 C．可见性 D．热辐射 答案 解析 解析　红外线是不可见光，人眼无法觉察到，故C错误；物体温度越高，向外辐射的红外线越强，红外线感应器正是利用这一热辐射性质得到云层的红外云图的，故D正确，A、B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 4．(电磁波的应用)(多选)电磁波在生活中有着广泛的应用。不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用。下列器件与其所应用的电磁波对应关系正确的是(　　) A．雷达——长波 B．手机——X射线 C．紫外消毒柜——紫外线 D．红外遥控器——红外线 答案 解析 解析　雷达是利用无线电波中的微波来测距的，故A错误；手机采用的是无线电波中的微波，故B错误；紫外消毒柜是利用紫外线来灭菌消毒的，故C正确；红外遥控器是利用红外线工作的，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 5．(电磁波的应用)图甲展现了在医院用某频段电 磁波进行医学成像诊断的场景，图乙是该技术所成的相 片。关于该成像技术，下列说法中正确的是(　　) 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、机场等地探测箱内的物品 答案 解析 解析　X射线具有很强的穿透本领，常用来检查人体的内部器官，以及车站、机场中对物品透视检查，故该频段的电磁波属于X射线，故A错误，D正确；可以进行灭菌消毒的是紫外线，故B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，故C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 6．(电磁波及其特点)(多选)关于电磁波的下列说法，正确的是(　　) A．可见光实质上也是一种电磁波，红光波长最短 B．红外遥感是利用了所有物体都发射红外线的特点 C．验钞机检验钞票真伪体现了紫外线的荧光作用 D．X射线可深入人的骨骼，杀死病变细胞 答案 解析 解析　在可见光中，红光波长最长，A错误；X射线虽然有一定的穿透能力，但不能深入人的骨骼，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 7．(电磁波的应用)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．科学家关注南极臭氧层空洞是因为过强的紫外线会伤害动植物 B．微波炉加热食物是利用了微波有很强的热效应 C．可以用γ射线来改良种子基因，培养新作物 D．在电磁波谱中，各个波段的划分有严格的界限 答案 解析 解析　臭氧层能防止过强的紫外线照射到地球表面，使地球上的动植物免受过强的紫外线伤害，A正确；利用微波加热食物是利用了微波的热效应，B正确；γ射线能破坏生命物质，所以可以用来改良种子基因，培养新作物，C正确；在电磁波谱中，各个波段的划分是相对的，没有严格的界限，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 8．(雷达测距)雷达是利用电磁波来测定物体位置和速度的设备，它可以向一定方向发射电磁波脉冲，当电磁波遇到障碍物时会发生反射。雷达在发射和接收到反射回来的电磁波脉冲时，在监视屏上将对应呈现出一个尖形波。某防空雷达发射的电磁波频率f＝3×109 Hz，如果雷达监视屏上显示某次发射和接收的尖形波如图所示(相邻刻线间表示的时间间隔为1.0×10－5 s)，则被监视的目标到雷达的距离以及该雷达发出的电磁波的波长分别为(　　) A．15 km，0.10 m B．15 km，10 m C．30 km，1.0 m D．30 km，0.10 m 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 9．(综合)我们的生活已经离不开电磁波，如：GPS定位系统使用频率为10.23 MHz(1 MHz＝106 Hz)的电磁波，手机工作时使用频率为800～1900 MHz的电磁波，家用5G Wi­Fi使用频率为5725 MHz的电磁波，地铁行李安检时使用频率约为1018 Hz的电磁波。关于这四种电磁波的说法正确的是(　　) A．家用5G Wi­Fi电磁波的衍射现象最明显 B．GPS定位系统使用的电磁波的能量最强 C．地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领强的特点 D．手机工作时使用的电磁波是纵波且不能产生偏振现象 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 解析　电磁波波长越长，频率越低，则衍射现象越明显，在这四种电磁波中，GPS定位系统使用的电磁波衍射现象最明显，故A错误；根据E＝hν可知，频率越高，能量越强，则在这四种电磁波中，地铁行李安检时使用的电磁波能量最强，故B错误；地铁行李安检时使用高频电磁波是利用了其具有较强的穿透本领，故C正确；电磁波是横波，能产生偏振现象，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 答案　(1)30 m　15 m　(2)没有超速 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R (3)无线电波的应用——雷达 ①用途：测定物体的位置及速度等。 ②原理：电磁波遇到障碍物要发生反射。测出电磁波从发射到返回所用的时间t，可以根据x＝eq \f(1,2)ct算出目标的距离x，从而测定物体的位置。 ③所用波段：波长短的电磁波衍射现象不明显，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。 2．红外线 红外线的波长比无线电波短，比可见光长。所有物体都发射红外线。热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。红外线主要有以下应用： [规范解答]　图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab＝bc可知，无线电波由发射到返回所用时间为t＝50 μs。设障碍物与雷达之间的距离为x，由2x＝ct，得x＝eq \f(ct,2)＝eq \f(3.0×108×50×10－6,2) m＝7.5×103 m。C正确。 解析　第一次发出信号到测速仪接收到经汽车反射回来的信号用时t1＝0.5 μs，电磁波信号从被发射到与汽车相遇的时间是eq \f(t1,2)，则汽车第一次反射信号时，距测速仪x1＝c·eq \f(t1,2)＝75 m，故A错误；同理，汽车第二次反射信号时，距测速仪x2＝c·eq \f(t2,2)＝45 m，故B正确；发出两次信号的时间间隔是t0＝1.1 s，eq \f(t1,2)和eq \f(t2,2)极小，则汽车两次反射电磁波信号的时间间隔Δt≈t0＝1.1 s，汽车的位移x＝x1－x2＝30 m，所以汽车的速度v＝eq \f(x,Δt)＝27.3 m/s，故C错误，D正确。 解析　无线电波中长波波长有几十千米，微波中毫米波的波长只有几毫米，A正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.0×108 m/s，B错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误；根据λ＝eq \f(v,f)，无线电波由真空进入介质传播时，由于频率不变，波速减小，可知波长变短，D正确。 解析　电磁波从发射到接收，通过的距离是雷达到目标距离的2倍。从图中可以看出，两个尖形波间隔10个小格，即全程的时间为t总＝1.0×10－4 s，单程的时间为t＝eq \f(t总,2)＝5×10－5 s，有s＝ct＝3×108 m/s×5×10－5 s＝15 km，该雷达发出的电磁波的波长λ＝ eq \f(c,f)＝eq \f(3×108,3×109) m＝0.10 m，故A正确，B、C、D错误。 10．(雷达的相关计算)港珠澳隧道的设计时速是 80 km/h，为监测汽车是否超速，在隧道入口路面的正上方安装了雷达测速仪，如图。雷达测速仪发出电磁波经汽车表面反射后又会被测速仪接收。测速仪第一次从发出到接收到电磁波需要t1＝2×10－7 s，第二次从发出到接收到电磁波需要t2＝1×10－7 s，电磁波的速度c＝3×108 m/s。已知测速仪距离路面的高度h＝5 m，测速仪第一、二次发出电磁波的时间间隔t＝0.75 s。已知eq \r(35)≈5.92，eq \r(2)≈1.41。 (1)求第一次、第二次发出的电磁波刚到达汽车时，汽车距测速仪的距离分别是多少； (2)请通过计算，判断汽车是否超速。 解析　(1)第一次发出的电磁波刚到达汽车时，汽车距测速仪的距离为s1＝c×eq \f(t1,2)＝30 m 第二次发出的电磁波刚到达汽车时，汽车距测速仪的距离为s2＝c×eq \f(t2,2)＝15 m。 (2)汽车在两个位置的水平距离为 Δs＝2,1)eq \r(s－h2) －2,2)eq \r(s－h2) ＝15.5 m 因为eq \f(t1,2)和eq \f(t2,2)远小于t，所以电磁波两次到达汽车的时间间隔Δt≈t＝0.75 s 所以汽车速度为v＝eq \f(Δs,Δt)＝20.67 m/s 则有80 km/h＝22.2 m/s>20.67 m/s 故汽车没有超速。 $$