第4章 第4节 电磁波谱-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册创新导学案教用Word（粤教版2019）

物理 选择性必修 第二册(粤教) 第四节　电磁波谱 1．了解什么是电磁波谱，知道电磁波谱中各种电磁波按波长(频率)的排序．2．了解不同波长电磁波的特性以及应用． 一　认识电磁波谱 1．电磁波谱：将电磁波按波长或频率大小的顺序排列成的谱，称为电磁波谱． 2．按照波长从长到短(频率从低到高)依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．不同的电磁波既有统一性，又表现出多样性． 二　电磁波家族成员的特性及其应用 1．无线电波：波长大于1 mm(频率小于300 GHz)的电磁波，主要用于通信、广播及其他信号传输． 微波照射到很多宏观物体上将产生强烈的反射，可以制成方向性很强的微波天线．微波的可用频带很宽，携带的信息容量大，可作为多路通信的载频．不同物体对微波的吸收程度不同． 2．红外线 (1)红外线的频率比可见光更接近固体物质分子振动的固有频率，更容易引起分子的共振，有明显的热效应． (2)一切物体都在不断地向外辐射红外线，不同的物体或物体的温度不同时，向外辐射的红外线强度和频率都不同． (3)红外线的波长比可见光更长，其衍射现象更明显． 3．可见光：能够引起人的视觉的光． 4．紫外线 (1)波长范围为5～400 nm． (2)紫外线具有较大的能量，具有较强的荧光效应． (3)紫外线具有明显的化学作用，普遍用于杀菌或消毒． (4)紫外线能促进人体合成维生素D，有助于人体对钙的吸收而预防佝偻病． 5．X射线：一种波长比紫外线还短的电磁波，穿透能力很强，工业上用来检测部件内部有没有砂眼、裂纹或气孔；医学上用来透视人体；火车站等场所用于对行李安检． 6．γ射线：波长最短的电磁波，穿透能力更强，能量很高．工业上用于金属探伤；医学上作为γ刀，治疗肿瘤；农业上用于培育优良品种． 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．(　　) (4)低温物体不能辐射红外线．(　　) (5)X射线的穿透本领最强．(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× 课堂任务　电磁波谱 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 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？ 提示：无线电波、紫外线、X射线、γ射线． 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． 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线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． 1．各种电磁波的共性 (1)在本质上都是电磁波，各波段之间的区别并没有绝对的意义． (2)都遵循公式v＝λf，在真空中的传播速度都是c＝3×108 m/s． (3)传播都不需要介质． (4)都具有反射、折射、衍射、干涉和偏振的特性． 2．不同电磁波的特性及应用 电磁 波谱 无线 电波 红 外线 可 见光 紫 外线 X 射线 γ 射线 频率 由左向右，频率变化为由低到高 真空中的波长 由左向右，波长变化为由长到短 特性 波动 性强 热效 应强 感光 性强 化学作用、荧光效应强 穿透 力强 穿透力最强 用途 通信、广播、其他信号传输 遥控、遥测、加热、红外摄像、红外制导 照明、照相等 杀菌、防伪、治疗皮肤病等 检查、检测、透视 探伤、治疗、育种 例　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 (1)医学上常用于透视人体的是哪种电磁波？为什么？ 提示：X射线．X射线的穿透本领很强． (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：γ射线的频率最高．红外线的波长最长． [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． [答案]　D 　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． [变式训练1]　防控新冠肺炎疫情期间，很多场所采用额温枪测体温，其优点之一是可以通过非接触的方法测量人体温度．这种额温枪主要是接收了人体辐射的哪种电磁波工作的(　　) A．红外线 B．紫外线 C．X射线 D．无线电波 答案　A 解析　额温枪是根据接收到的人体辐射的红外线强弱来测定人体温度的，故A正确． [变式训练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多大？ 答案　7．5×103 m 解析　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＝＝ m＝7．5×103 m． [名师点拨]　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． 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　C 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． 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　AD 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＝，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． 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．热辐射 B．热效应 C．可见性 D．化学效应 答案　A 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红外线热辐射的性质得到云层的红外云图的，而红外线的热效应是利用红外线来加热物体，故A正确，B、D错误． 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——无线电波 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　ACD 解析　雷达是利用无线电波中的微波来测距的，故A正确；手机采用的是无线电波，故B错误；紫外消毒柜是利用紫外线具有很强的消毒作用工作的，故C正确；红外遥控器是利用红外线工作的，故D正确． 5．(电磁波及其特性)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；宇宙星际间的温度约为3 K，所发出的辐射称为“3 K背景辐射”，它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热，若要进行“3 K背景辐射”的观测，应该选择下列哪一个波段(　　) A．无线电波 B．紫外线 C．X射线 D．γ射线 答案　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，其主要发出的电磁波波长越短，宇宙星际间的温度约为3 K，则其主要发出的电磁波的波长大于红外线波长，应在无线电波波段，故A正确． 6．(电磁波及其特性)下列说法中正确的是(　　) ①夏天太阳光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 ②医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最强的 ③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 ④在热学中所说的热辐射就是红外辐射 A．①② B．①③ C．②④ D．③④ 答案　D 解析　热效应最强的是红外线，热辐射即红外辐射，①错误，④正确；穿透本领最强的是γ射线，②错误；臭氧层能防止过强的紫外线照射到地面上，使地面上的动植物免受过强紫外线的伤害，③正确，故选D． 7．(电磁波及其特性)(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，其中红光波长最短 B．红外线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　BC 解析　在可见光中，红光波长最长，A错误；一切物体都在向外辐射红外线，且辐射的强度和频率随温度的不同而不同，利用红外探测器可以接收这种红外线，并探明物体特征，这种技术称为红外线遥感，B正确；紫外线可以使荧光物质发光，这是验钞机的工作原理，C正确；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． 8．(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　C 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． 9．(综合)(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1000 MHz的范围内．下列关于雷达和电磁波的说法正确的是(　　) A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0．3 m至1．5 m之间 B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离 D．波长越短的电磁波，直线传播性能越强 答案　ACD 解析　根据λ＝，电磁波频率在200 MHz至1000 MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0．3 m至1．5 m之间，故A正确．依据麦克斯韦的电磁场理论，恒定不变的电场或磁场不能产生电磁波，B错误．雷达利用的是电磁波的反射原理，波长越短，直线传播性能越强；若测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔Δt，则雷达和目标的距离为x＝c·Δt，故C、D正确． 10．(电磁波的能量问题)科学技术是一把双刃剑．电磁波的应用也是这样．它在使人类的生活发生变化的同时也存在着副作用——电磁污染．频率超过0．1 MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁．按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过0．50 W/m2．若某小型无线通信装置的电磁辐射功率是1 W，试探究分析在距离该通信装置多少米以外是符合规定的安全区域？(已知球面面积S＝4πR2) 答案　0．40 m 解析　设以通信装置为球心，半径为R的球面以外是符合规定的安全区域，则＝0．50 W/m2 可得R＝＝0．40 m． 11．(雷达侦察的计算)某雷达工作时，发射电磁波的波长λ＝20 cm，每秒脉冲数n＝5000，每个脉冲持续时间t＝0．02 μs．求： (1)该电磁波的频率； (2)此雷达的最大侦察距离． 答案　(1)1．5×109 Hz　(2)3×104 m 解析　(1)电磁波在空气中的传播速度可认为等于真空中光速c＝3×108 m/s， 因此f＝＝ Hz＝1．5×109 Hz． (2)雷达工作时发射电磁脉冲，每个电磁脉冲持续时间t＝0．02 μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量． 设最大侦察距离为x，两个脉冲时间间隔为 Δt＝ s＝2×10－4 s≫0．02 μs 故脉冲持续时间可以略去不计 则2x＝vΔt v＝c＝3×108 m/s 所以x＝＝3×104 m． 8 学科网（北京）股份有限公司 $$