第4章 第3节 电磁波谱 第4节 无线电波的发射、传播与接收 第5节 无线电波与移动互联网-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用Word(教科版)

第3节　电磁波谱 第4节　无线电波的发射、传播与接收 第5节　无线电波与移动互联网 1．知道电磁波谱及组成部分。　2.知道无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线的特点及作用。 3．能说出电磁波的发射、传播和接收的过程。知道无线电通信的基本原理。　 一、电磁波谱 1．电磁波谱：电磁波的波长和频率有一个很宽的范围。把无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，按__________(或频率)排列起来，就形成了电磁波谱。 2．可见光：作用于我们的眼睛并引起视觉的电磁波，叫作可见光。可见光的波长范围为400～760 nm，它包含赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，其中__________的频率最高，__________的波长最长。 3．无线电波：无线电波波长从几毫米到几十千米。 4．红外线 (1)波长位于微波和可见光之间的电磁波称为红外线。红外线的波长范围为760～106 nm。红外线不能直接引起视觉，但能给人以“热”的感觉。 (2)应用：加热和烘干物体、用于遥控器、红外线遥感等。 5．紫外线 (1)紫外线是一种波长比波长最短的可见光(紫光)还短的电磁波。一切____________都能够发射紫外线。 (2)应用：紫外线能杀死多种细菌，常用于医院和食品消毒。紫外线的荧光作用还能用来做防伪标志。 6．X射线：X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波。它的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照相底片感光。在工业上可用于检查工件内部是否有砂眼、裂纹等缺陷；在医学上可用来透视人体，检查体内的病变和骨骼情况。 7．γ射线：比X射线波长更短的电磁波，那就是γ射线，γ射线的波长范围为10－7～10－2 nm。γ射线的穿透能力比X射线更强，工业上常用它来进行探伤；医学上，则利用其强穿透能力来杀死病态细胞，治疗某些疾病，因而有γ刀之称。 二、无线电波的发射、传播与接收 1．无线电波的发射 (1)要有效地发射电磁波，LC振荡电路必须具备以下两个条件： ①要使LC振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。常用的方法，是把LC振荡电路耦合(即感应)到另一个发射电路中，如图所示。 ②要有足够高的振荡__________。__________越高，发射电磁波的本领越大。 为了满足以上两个条件，要采用________电路。 (2)发射电磁波是为了利用它来传递某种信号，这种信号是加在高频等幅电磁波上发射出去的。这种用来“运载”信号的高频等幅波，通常叫作载波(图甲)。把传递的信号“加”到载波上的过程叫作____________，常用的调制方法有调幅和调频两种。使高频振荡的振幅随信号而变的叫作__________(图乙)，使高频振荡的频率随信号而变的叫作__________(图丙)。 　 2．无线电波的传播 发射出去的波长不同的无线电波，传播方式不同，无线电波有三种主要传播方式。 3．无线电波的接收：当振荡电路的固有频率与传播来的电磁波的频率相等时，电路中激起的感应电流就最强。这种现象叫作______________，也称为电谐振。使接收电路产生电谐振的过程叫作__________，能够调谐的接收电路叫作调谐电路，如图所示。 三、无线电波与移动互联网 1．电磁波与信息技术的演变 1895年，波波夫和马可尼的无线电报机的问世，开创了无线通信的先河。100多年中，电视从无线发展为有线，电话从有线发展为无线，电报已消亡……世纪之交，互联网走进我们的生活。开始时，主要的上网设备是________，它通过网线、光缆相互连接，今天，人类迈入____________时代。 2．蜂窝系统：要让手机与其他网络终端实现信息传递，就需要借助大型的固定无线电台来转接，这样固定的无线电台就是基站，每一个基站的工作范围经过合理调配后呈正六边形，称为“蜂窝系统”。 3．网络协议 (1)除了利用通信运营商提供的无线网络外，如果用无线路由器搭设了无线局域网，手机 也可以通过登陆无线局域网的方式连接互联网，这样的技术叫作WiFi。 (2)随着技术的不断发展已经可以实现手机与智能卡的数据交换。利用近场通信(NFC)，手机可用作公交卡。 4．用电磁波传递二进制数据 判断下列说法是否正确。 (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)X射线的穿透本领比γ射线更强。(　　) (4)低温物体不能辐射红外线。(　　) (5)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。(　　) (6)γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高。(　　) (7)频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大。(　　) (8)要使电视机的屏幕上出现图像，必须将电视机接收到的无线电信号解调。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√ (6)√　(7)√　(8)√ [答案自填] 波长　紫光　红光　高温物体　频率　频率　开放　调制　调幅　调频 电磁谐振　调谐　个人计算机　移动互联网 知识点一　电磁波谱 1．电磁波谱及介绍 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。如图所示的是按波长由长到短(频率由低到高)的顺序排列的电磁波谱。 2．各种电磁波的共性 (1)在本质上都是电磁波，遵循相同的规律，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、衍射和干涉的特性。 　(多选)图为按电磁波的波长顺序排列起来的电磁波谱。某电磁波的能量值为6.63×10－19 J，可见光的能量范围是2.61×10－19～4.96×10－19 J，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，则该电磁波(　　) A．波长为3×10－7 m B．频率为2×1015 Hz C．是可见光 D．是紫外线 [解析]　根据公式E＝hν代入数据，解得ν＝1015 Hz，又λ＝，代入数据，解得λ＝3×10－7m，由电磁波谱可知，该电磁波为紫外线，B、C错误，A、D正确。 [答案]　AD 知识点二　各波段电磁波的特点及应用 1．红外线 (1)红外线是一种波长比红光的波长还长的不可见光。其波长范围很宽，约760～106 nm。 (2)显著作用：热效应。 (3)英国天文学家赫歇尔于1800年首先发现红外线。一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度越高，其辐射出的红外线越强。 应用：红外体温计、红外夜视仪、红外摄影、红外遥感技术、加热等。 2．可见光 (1)能作用于人的眼睛并引起视觉的光叫作可见光，如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光。在电磁波中是一个很窄的波段(波长为400～760 nm)。 (2)观察物体、照相等，都是可见光的应用。 序号 红 橙 黄 绿 蓝、靛 紫 真空中 的波长 λ/nm 760～ 630 630～ 600 600～ 570 570～ 500 500～ 430 430～ 400 3.紫外线 (1)紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约为5～370 nm。 (2)显著作用：①荧光效应；②化学作用；③杀菌消毒。 (3)德国物理学家里特于1801年首先发现紫外线。一切高温物体发出的光中，都有紫外线。 4．X射线 (1)伦琴射线(X射线)是一种波长比紫外线更短的电磁波。 (2)特性：有较强的穿透能力。 (3)X射线由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现。 (4)X射线用于人体检查如CT扫描。X射线还用于金属缺陷探测、安全检查等。 5．γ射线 (1)比X射线波长更短的电磁波，就是γ射线。比X射线穿透能力更强。 (2)γ射线可以治疗某些癌症，也可用于金属缺陷探测。 (3)γ射线对人体正常细胞有很强的破坏作用，因此可能有γ射线出现的地方，必须提出警告，严加防护。 　下列有关电磁波的各种应用中，利用了“红外线具有显著热效应”这一特性的是(　　) [解析]　体温计利用了红外线具有显著热效应，故A正确；手机利用微波传输信号，故B错误；紫外线消毒灯利用紫外线的杀菌作用，故C错误；遥控器利用了红外线的遥控技术制成，故D错误。 [答案]　A 　(2023·浙江省普陀中学期中)红外线和紫外线都属于电磁波大家族中的一员。与红外线相比，紫外线(　　) A．周期更长 B．波长更长 C．能量子的能量更小 D．真空中传播速度相同 [解析]　与红外线相比，紫外线频率更高，周期更短，波长更短，能量ε＝hν更高，所有电磁波在真空中传播速度相同。 [答案]　D 　(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是(　　) A．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 B．可见光的波长比紫外线的短 C．利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施 D．医疗上用X射线进行胸透，是因为X射线的穿透能力比γ射线更强 [解析]　γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，A正确；可见光中紫光的频率最高且波长最短，而紫外线的频率比紫光更高，波长比紫光更短，所以可见光的波长比紫外线的长，B错误；利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施，C正确；X射线的穿透能力比γ射线弱，D错误。 [答案]　AC 　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射线都有很强的穿透本领，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．电磁波频率最高的是γ射线，用它来观察衍射现象最容易 D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光 [解析]　X射线有很强的穿透本领，常用于医学上透视人体，红外线没有，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的是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射线都可以使感光底片感光，D正确。 [答案]　D 知识点三　无线电波的发射、传播和接收 1．无线电波的发射 (1)发射电路的两个特点 ①发射频率足够高。 ②应用开放电路。 (2)调制 ①使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制。 ②调制方法 调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。 调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。 (3)无线电波的发射 由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去。 2．无线电波的传播 (1)地波：沿地球表面空间传播的无线电波叫作地波。长波、中波和中短波可用地波传播，但短波和微波则不宜用地波传播。 (2)天波：依靠电离层的反射来传播的无线电波叫作天波。短波最适宜以天波的形式传播，可以传播到几千千米外的地方。 (3)直线传播 微波又叫超短波，是沿直线传播的。这种沿直线传播的电磁波叫作空间波或视波。 3．无线电波的接收 (1)电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强的现象，类似于机械振动中的共振。 (2)调谐：使接收电路发生电谐振的过程。 (3)通过解调获取信号 ①解调：把声音或图像等信号从高频振荡电流中还原出来的过程。 ②检波：调幅波的解调叫作检波。 　(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法正确的是(　　) A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路 B．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路 C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强 D．要使电视机的屏上有图像，必须要有解调过程 [解析]　为了有效地向空间辐射能量，必须是开放电路，故A错误，B正确；当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，发生电谐振，接收电路中产生的振荡电流最强，故C正确；将信号从电磁波上下载下来的过程称为解调，故D正确。 [答案]　BCD 1．(电磁波谱)各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是(　　) A．γ射线、紫外线、可见光、红外线 B．γ射线、红外线、紫外线、可见光 C．紫外线、可见光、红外线、γ射线 D．红外线、可见光、紫外线、γ射线 解析：选A。在电磁波谱中，各电磁波按照频率从小到大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，A正确。 2．(各波段电磁波的特点及应用)(2023·上海黄浦区期末)下列电磁波中穿透能力最强的是(　　) A．γ射线　　　　　　 B．X射线 C．紫外线 D．红外线 解析：选A。电磁波谱可大致分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，其中穿透能力最强的是γ射线。 3．(各波段电磁波的特点及应用)(多选)下列关于电磁波的说法正确的是(　　) A．电磁波不能在真空中传播 B．红外线可以引起人的视觉 C．红外线可以用于加热理疗 D．紫外线可以消毒 解析：选CD。电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，A错误；能使人的眼睛产生视觉效应的光是可见光，红外线的波长比可见光长，不能引起人的视觉，B错误；根据红外线的热效应原理可以用来加热理疗，适当波长的紫外线可以用来消毒、杀菌，C、D正确。 4．(各波段电磁波的特点及应用)下列关于X射线的叙述正确的是(　　) ①X射线可用来为饮用水消毒 ②X射线由高速移动的中子组成 ③X射线可使照相胶卷感光 ④X射线可用于电视广播 ⑤X射线可用于消灭害虫 ⑥X射线可用于探测隐藏在行李中的武器 ⑦X射线可用于搜索在泥石流倾泻中被埋的生还者 A．只有①和③ B．只有③⑥和⑦ C．只有①和④ D．只有②和③ 解析：选B。X射线有很强的穿透力，主要应用于医学检查、工业探伤等领域，故③⑥⑦正确；饮用水可用紫外线结合其他消毒剂消毒；X射线是由原子的内层电子受激发产生的电磁波；电视广播一般用无线电波；γ射线有很高的能量，能破坏生命物质，用于照射食品，消灭其中的害虫、细菌，①②④⑤错误。 5．(无线电波的发射和接收)有一个LC接收电路，原来接收较低频率的电磁波，现在要想接收较高频率的电磁波，下列调节正确的是(　　) A．增加电源电压 B．使用调频的调制方式 C．把可动电容器的动片适当旋出一些 D．在线圈中插入铁芯 解析：选C。增大LC接收电路的频率，由公式f＝可知应减小电容或电感，A、B错误；把可动电容器的动片适当旋出一些，即减小了电容，符合题目要求，C正确；在线圈中插入铁芯，增大了电感，不合题意，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $