4. 电磁波谱（举一反三讲义）物理人教版选择性必修第二册

第4节 电磁波谱 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 1 【知识梳理】 2 知识点1：无线电波 2 知识点2：红外线 3 知识点3：可见光 5 知识点4：紫外线 7 知识点5：X射线和γ射线 8 【巩固训练】 9 【学习目标】 1． 认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。 2． 能解释电磁波在生产生活中的应用，体会电磁波的应用对社会发展的促进作用。 重点： 1． 各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。 难点： 1． 解释电磁波在生产生活中的应用，体会电磁波的应用对社会发展的促进作用。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：无线电波 1．电磁波谱： （1）电磁波谱：按电磁波的__________大小或__________高低的顺序把它们排列成的谱。 （2）电磁波按__________由长到短、__________由低到高的顺序排列：__________、__________、__________、__________、__________、__________。 （3）所有电磁波的本质__________，遵循的规律__________。 （4）电磁波具有的能量跟__________有关，__________越高，能量越高。 （5）太阳辐射：包含__________、__________不同的各种电磁波。 2．无线电波： （1）无线电波：__________大于1mm，__________小于300GHz的电磁波。 GHz：吉赫兹，1GHz＝__________MHz （2）波段：不同波段的无线电波的传播特点不同，发射、接收所用的设备和技术不同，用途也不同。 波段 波长/m 频率/MHz 传播方式 主要用途 长波 10000～1000 0.03～0.3 地波 广播、导航 中波 1000～100 0.3～3 地波和天波 短波 100～10 3～30 天波 调幅（AM）广播、导航 米波 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 （3）应用： 无线电波广泛应用于通信、广播及其他信号传输。 雷达利用电磁波遇到障碍物要__________的特性工作，且利用的是微波（波长__________，衍射现象__________，方向性__________，有利于定位）。 微波炉利用（波长122mm，频率2450MHz的）微波工作。 移动电话利用无线电波工作，既是__________端，也是__________端。 天文学家利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。 【例1】Wi-Fi是人们使用频繁的通信技术，它主要利用频率为左右的无线电波进行传输信号。已知可见光的频率范围为，下列说法正确的是（　　） A．Wi-Fi使用的无线电波是纵波 B．Wi-Fi使用的无线电波具有能量，是一种客观存在的物质 C．Wi-Fi技术属于短距离无线电技术，其无线电波波长比可见光波长短 D．Wi-Fi使用的无线电波不会发生多普勒效应 【变式1】神舟十九号乘组航天员蔡旭哲、宋令东于2025年3月21日完成约7小时的出舱活动，并将出舱活动视频通过无线电波传输回地面控制中心。太空视为真空环境，下列说法正确的是（　　） A．该无线电波不能被人眼看见 B．该无线电波可以用恒定电场进行激发 C．该无线电波可用于杀菌 D．航天员也可以选择用超声波与控制中心通讯 【变式2】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1~10m范围内，则对该无线电波的判断正确的是（　　） A．米波的频率比厘米波频率高 B．和机械波一样须靠介质传播 C．同光波一样均为横波 D．比声波的传播速度小 【变式2】（多选题）蓝牙能在包括移动电话、无线耳机、笔记本电脑等设备之间进行短距离无线信息交换，其使用的是2.400GHz~2.485GHz频段的无线电波。下列说法正确的是（　　） A．该无线电波比红外线的波长更长 B．该频段无线电波是纵波 C．该频段的无线电波可在水中传播 D．蓝牙信号“穿墙”时，在墙壁中的传播速率大于3×108m/s 知识点2：红外线 （1）波长：介于1mm～760nm之间，比无线电波__________，比可见光__________。 （2）__________物体都在不停地辐射红外线。温度越__________，物体的红外辐射越强。 （3）应用： ①红外__________，红外__________，制成__________。 ②加热和__________物体。 ③__________。 【例2】可以用来加热理疗的电磁波是（　　） A．紫外线 B．射线 C．X射线 D．红外线 【变式1】二氧化碳对波长较长的电磁辐射（如红外线）有较强的吸收作用，而对波长较短的电磁辐射（如可见光）的吸收作用较弱。阳光中多种波长的电磁辐射透过大气照到地球表面，使地面升温，而地面的热辐射是波长较长的电磁辐射，它不容易透过大气中的二氧化碳，于是大气温度上升。大气中二氧化碳的作用像暖房的玻璃一样：太阳的热辐射容易进来，地面的热辐射却不易出去。这种效应叫“温室效应”。二氧化碳是一种重要的“温室气体”。温室效应使得大气的温度不致太低，昼夜温差不致太大，各种生物能够繁衍生息。然而，近年来由于人类的活动，大气中的二氧化碳含量增加，温室效应加剧，这是全球变暖的重要原因。根据上述观点及你所掌握的其它信息，判断下列说法正确的是（　　） A．红外线具有明显的热效应是因为其频率大于可见光的频率 B．温室效应是指二氧化碳对可见光吸收较弱，大量的可见光照射到地面，导致地球温度升高 C．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量的二氧化碳，温室效应显著，当时地球的气温很高 D．由于现代工业大量燃烧煤炭、石油等燃料，燃烧过程放出大量热，导致地球温度升高，气候变暖。 【变式2】疫情期间使用的额枪测温计是因为（　　） A．紫外线具有很强的荧光作用 B．紫外线具有杀菌消毒作用 C．X射线的很强的贯穿力 D．红外线具有显著的热效应‍ 【变式3】下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．校园食堂消毒餐具柜是利用紫外线的热效应来杀菌消毒的 B．红外线的波长比可见光短，比无线电波长 C．手机连接蓝牙音响后，Wi-Fi上网速度会受到影响，是因为Wi-Fi和蓝牙使用了相同频段的无线电波 D．电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相平行，且均与波的传播方向垂直 知识点3：可见光 波长介于760nm～400nm之间，能使人的眼睛产生__________效应。 色光 红 橙 黄 绿 蓝-靛 紫 波长/nm 760～630 630～600 600～570 570～500 500～430 430～400 频率/（1014Hz） 3.9～4.8 4.8～5.0 5.0～5.3 5.3～6.0 6.0～7.0 7.0～7.5 【例3】人类一直没有停止对太空文明的探索，《三体》就是对地外文明哲学思考的一部科幻作品。某次探索地外文明时要向某星云发射波长为21cm的电磁波。下列关于该电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波是横波 B．电磁波只能在真空中传播 C．电磁波在真空中的传播速度大小为 D．该电磁波相比于可见光更不容易发生衍射 【变式1】关于光现象及应用，下列说法正确的是（　　） A．光是一种电磁波，电磁波可以在真空中传播 B．海市蜃楼是光发生干涉的结果 C．观众观看立体电影要戴一种特殊的眼镜，利用了光的衍射现象 D．只要光从一种介质射向另一种介质表面就会发生全反射现象 【变式2】声波和电磁波均可传递信息，且都具有波的特征。下列说法正确的是（　　） A．电吉他、电子琴发出的都是电磁波 B．声波和电磁波都能引起鼓膜振动 C．电磁波都不能被人看见，声波都能被人听见 D．在空气中，电磁波的传播速度大于声波的传播速度 【变式3】（多选题）关于光的下列说法正确的是（　　） A．一切光都可以发生干涉和衍射现象 B．光的偏振现象说明光是一种横波 C．红外线比可见光的能量大，可以灭菌消毒 D．紫外线比可见光的波长大 知识点4：紫外线 （1）波长：介于400nm～10nm之间。 （2）应用： ①利用紫外线__________：紫外线具有较高的__________，能破坏细胞核中的物质。 ②紫外线能使荧光物质__________，可用于__________。 ③适量的紫外线照射有助于人体____________________，促进钙的吸收；过强的紫外线会__________，诱发皮肤癌。 【例4】下列说法正确的是（　　） A．变化的电场一定能够产生电磁波 B．麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在 C．电磁波的传播不需要介质，而机械波的传播需要介质 D．紫外线是一种波长比紫光更短的电磁波，有显著的热效应 【变式1】下列说法正确的是（　　） A．赫兹预言了电磁波，麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在 B．电场和磁场都是客观存在的物质 C．变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围也一定产生变化的电场 D．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 【变式2】（多选题）下列说法正确的是（　　） A．电场和磁场都是假想的，不是客观存在的物质 B．电场线和磁感线是可以形象描述场的强弱和方向的假想的曲线 C．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关 D．红外线可以消毒，紫外线可以用来加热理疗 【变式3】（多选题）如图所示，热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，使产品呈现丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高的吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要用于建筑和玻璃幕墙，其透视方向由光的强度决定。当室外比室内明亮时，单向透视玻璃与普通镜子相似，室外看不到室内的景物，但室内可以看清室外的景物。而当室外比室内昏暗时，室外可看到室内的景物，且室内也能看到室外的景物，其清晰程度取决于室外光照的强弱。根据以上信息和你所学过的物理知识判断，下列说法中正确的是（　　） A．热反射玻璃可以有效地阻止过强紫外线对人体的伤害 B．热反射玻璃应该具有保温隔热作用 C．热反射玻璃和普通玻璃一样，能有效地减弱噪声 D．热反射玻璃的单向透视性不遵从光路可逆性 知识点5：X射线和γ射线 1．X射线： （1）波长：介于10nm～10-2nm之间。 （2）特性：能量比紫外线高，穿透力强。 （3）应用： ①医学上，利用X射线__________。 ②__________的X射线会引起生物体的病变。 ③工业上，利用X射线进行__________。 ④安全检查时，利用X射线____________________。 2．γ射线： （1）波长：小于10-2nm。 （2）特性：穿透力__________，能量__________。 γ射线能穿透1米厚的水泥墙，3米厚的土地，或是几十厘米的铅板。 （3）应用： ①医学上，利用γ射线能摧毁生命物质的特性制成__________，摧毁病变的细胞。 ②工业上，利用γ射线进行__________。 （4）X射线和γ射线都属于__________辐射，对人体有害。 【例5】高能同步辐射光源是我国规划的十个重大科技基础设施之一，电子在储存环中以接近光速的速度跑圈，沿轨道切线方向同步辐射，从而提供高能的射线，下列说法正确的是（　　） A．电子跑圈时能量保持不变 B．射线是一种高能粒子流 C．射线是一种高能电磁波 D．射线的波长小于射线 【变式1】上海光源产生的电磁波中，可用于人体透视检查的是（　　） A．X射线 B．紫外线 C．可见光 D．远红外线 【变式2】（多选题）无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线，都是电磁波。按电磁波的波长或频率顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。不同的电磁波由于具有不同的波长（或频率），因此具有不同的特性，下列有关说法正确的是（   ） A．无线电波可以用于广播及其他信号的传输 B．红外线可以灭菌消毒，促进人体对钙的吸收 C．紫外线照射会使物质发出荧光，这是夜视仪工作的基础 D．射线具有很强的穿透本领，机场安检时能探测到箱内的物品 【变式3】（多选题）关于电磁波谱及对一些应用的解释，下列说法中正确的是（　　） A．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 B．紫外验钞机是利用紫外线的化学作用 C．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点 D．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 【巩固训练】 1．下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．使高频载波的振幅或频率随信号而改变的过程叫解调 B．医院里常用紫外线照射对病房和手术室进行消毒 C．红外线应用在探测技术中，是利用了它穿透本领强的特性 D．紫外线是波长比可见光波长还短的电磁波，可以用来加热理疗 2．关于电磁波谱，下列说法正确的是（　　） A．红外体温计的工作原理是人的体温越高，发射的红外线越强，有时物体温度较低，不发射红外线，导致无法使用 B．紫外线的频率比可见光低，医学中常用于杀菌消毒，长时间照射人体可能损害健康 C．卫星通信、电视等的信号传输一般用长波 D．手机通信使用的是无线电波，其波长较长 3．从外太空来到地球的宇宙线，以原子核为主，还包括少量的正、负电子和γ射线，γ射线在天文探测方面有着独特优势和特殊意义，但由于数量极少，很难直接测量。当高能γ射线进入大气后，立即和大气层中的气体作用而产生各种次级粒子。观测站的粒子探测器需要将更多的次级粒子记录下来，进而反推γ射线进入大气层顶部时的信息。结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　） A．观测站的粒子探测器直接探测到来自宇宙的γ射线 B．观测站建在海拔低处比在海拔高处能记录到更多次级粒子 C．γ射线是高频电磁波，能量越高，传播速度越大 D．γ射线在星系间传播时，运动不受星系磁场的影响，可以方便追溯到源头 4．（多选题）关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．无线电波广泛应用于通信和广播 B．红外线探测器能探测出物体的红外辐射 C．适量的紫外线照射，对人体健康有益 D．因为γ射线穿透能力弱，不可用来检查金属内部伤痕 5．（多选题）下列关于电磁现象和电磁波的叙述中，正确的是（　　） A．电磁波在空间中传播时传播速度与所处介质有关 B．麦克斯韦发现了电磁感应现象并证实了相关理论 C．电磁波是一种传播方向和振动方向相互垂直的波 D．X射线一般可用于安检、医疗透视以及杀菌消毒 6．（多选题）2025年4月，我国自主研发的歼—10C等战机亮相于埃及，参加中埃“文明之鹰—2025”空军联合训练，歼—10C战机装备的机载有源相控阵雷达（AESA）发射的电磁波频率为，，属于微波，最大探测距离，光速。则关于机载雷达发射的电磁波，下列说法正确的是（　　） A．该电磁波的传播速度小于光的传播速度 B．该电磁波的波长为 C．该电磁波的波长比可见光长 D．该电磁波的频率比可见光高 7．（多选题）在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度。关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最长 B．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线 C．X射线片可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞 D．物体做受迫振动时，其振动频率等于驱动力的频率 8．（多选题）电磁波在科学技术上有很多应用，以下解释正确的是（　　） A．验钞机利用的是γ射线的荧光效应 B．X光透视利用的是X射线的穿透作用 C．工业上的金属探伤利用的是紫外线具有极强的穿透能力 D．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点 9．（多选题）如图所示是自然界的一颗“磁星”，“磁星”（Magnetar）是中子星的一种，拥有极强的磁场，通过磁场的衰减，使之能源源不绝地释放出以X射线及γ射线为主的高能量电磁辐射，下列说法正确的是（　　） A．X射线属于无线电波 B．X射线的频率小于γ射线的频率 C．X射线常用于消毒杀菌 D．γ射线可以摧毁病变的细胞 10．自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射．热辐射具有如下特点： （1）辐射的能量中包含各种波长的电磁波； （2）物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大； （3）在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其它物体辐射的电磁能量．如果它处在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体热力学温度的4次方成正比，即 ，其中δ是常量．在下面问题中，把研究对象都简单看作黑体．有关数据及数学公式如下：太阳半径 ，太阳表面温度T,火星半径r；球面积 ，其中R为球半径．已知光速为c．求 （1）太阳辐射能量的极大多数集中在波长为 范围内，求相应的频率范围． （2）t 时间内从太阳表面辐射的总能量为多少？ （3）火星接收到来自太阳的辐射可以看作在相同的距离下太阳光垂直射到表面积为πr2的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的n倍，忽略其它天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度T0． 11 / 12 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 电磁波谱 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 1 【知识梳理】 2 知识点1：无线电波 2 知识点2：红外线 3 知识点3：可见光 8 知识点4：紫外线 10 知识点5：X射线和γ射线 13 【巩固训练】 15 【学习目标】 1． 认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。 2． 能解释电磁波在生产生活中的应用，体会电磁波的应用对社会发展的促进作用。 重点： 1． 各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。 难点： 1． 解释电磁波在生产生活中的应用，体会电磁波的应用对社会发展的促进作用。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：无线电波 1．电磁波谱： （1）电磁波谱：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。 （2）电磁波按波长由长到短、频率由低到高的顺序排列：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 （3）所有电磁波的本质相同，遵循的规律相同。 （4）电磁波具有的能量跟频率有关，频率越高，能量越高。 （5）太阳辐射：包含波长、频率不同的各种电磁波。 2．无线电波： （1）无线电波：波长大于1mm，频率小于300GHz的电磁波。 GHz：吉赫兹，1GHz＝103MHz （2）波段：不同波段的无线电波的传播特点不同，发射、接收所用的设备和技术不同，用途也不同。 波段 波长/m 频率/MHz 传播方式 主要用途 长波 10000～1000 0.03～0.3 地波 广播、导航 中波 1000～100 0.3～3 地波和天波 短波 100～10 3～30 天波 调幅（AM）广播、导航 米波 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 （3）应用： 无线电波广泛应用于通信、广播及其他信号传输。 雷达利用电磁波遇到障碍物要反射的特性工作，且利用的是微波（波长短，衍射现象不明显，方向性好，有利于定位）。 微波炉利用（波长122mm，频率2450MHz的）微波工作。 移动电话利用无线电波工作，既是发射端，也是接收端。 天文学家利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。 【例1】Wi-Fi是人们使用频繁的通信技术，它主要利用频率为左右的无线电波进行传输信号。已知可见光的频率范围为，下列说法正确的是（　　） A．Wi-Fi使用的无线电波是纵波 B．Wi-Fi使用的无线电波具有能量，是一种客观存在的物质 C．Wi-Fi技术属于短距离无线电技术，其无线电波波长比可见光波长短 D．Wi-Fi使用的无线电波不会发生多普勒效应 【答案】B 【详解】A．无线电波是电磁波的一种，电磁波的振荡方向垂直于传播方向，属于横波，A错误； B．电磁波具有能量，且是电磁场的传播形式，属于客观存在的物质，B正确； C．已知无线电波的波速，由，Wi-Fi频率 解得波长 可见光频率范围，则对应波长范围约，比较可得，即Wi-Fi波长更长，C错误； D．多普勒效应是由于波源与观察者相对运动导致观察者接收到的波的频率发生变化的现象，适用于所有波（包括电磁波），D错误。 故选B。 【变式1】神舟十九号乘组航天员蔡旭哲、宋令东于2025年3月21日完成约7小时的出舱活动，并将出舱活动视频通过无线电波传输回地面控制中心。太空视为真空环境，下列说法正确的是（　　） A．该无线电波不能被人眼看见 B．该无线电波可以用恒定电场进行激发 C．该无线电波可用于杀菌 D．航天员也可以选择用超声波与控制中心通讯 【答案】A 【详解】A．目前卫星与地面间的通讯通过无线电波（微波等），该部分处于红外区，不能被看见，故A项正确； B．电磁波的激发需要周期性变化的电场或磁场，故B错误； C．无线电波波长较长、频率较小，不具有杀菌作用，故C错误； D．超声波的传播需要介质，宇宙空间缺乏介质，航天员不可以选择用超声波与控制中心通讯，故D错误。 故选A。 【变式2】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1~10m范围内，则对该无线电波的判断正确的是（　　） A．米波的频率比厘米波频率高 B．和机械波一样须靠介质传播 C．同光波一样均为横波 D．比声波的传播速度小 【答案】C 【详解】A．由 可知波长越长频率越低，所以米波频率比厘米波的频率低，故A错误； B．无线电波是电磁波，电磁波的传播不需要介质，故B错误； C．电磁波与光波都为横波，故C正确； D．电磁波的传播速度为光速，故比声波波速大，故D错误。 故选C。 【变式2】（多选题）蓝牙能在包括移动电话、无线耳机、笔记本电脑等设备之间进行短距离无线信息交换，其使用的是2.400GHz~2.485GHz频段的无线电波。下列说法正确的是（　　） A．该无线电波比红外线的波长更长 B．该频段无线电波是纵波 C．该频段的无线电波可在水中传播 D．蓝牙信号“穿墙”时，在墙壁中的传播速率大于3×108m/s 【答案】AC 【详解】A．根据 可得无线电波的波长长度为，红外线的波长范围为，故该无线电波比红外线的波长更长，故A正确； B．无线电波是电磁波，由相互垂直的电场和磁场组成，且传播方向与电场和磁场方向垂直。因此，无线电波是横波，不是纵波，故B错误； C．无线电波可以在水中传播，故C正确； D．电磁波在任何介质中的传播速率都小于其在真空中的传播速率，故D错误。 故选AC。 知识点2：红外线 （1）波长：介于1mm～760nm之间，比无线电波短，比可见光长。 （2）一切物体都在不停地辐射红外线。温度越高，物体的红外辐射越强。 （3）应用： ①红外遥感探测，红外测温，制成夜视仪。 ②加热和烘干物体。 ③遥控。 【例2】可以用来加热理疗的电磁波是（　　） A．紫外线 B．射线 C．X射线 D．红外线 【答案】D 【详解】A．紫外线主要用于杀菌和促进维生素D合成，其热效应较弱且易造成皮肤损伤，不适用于加热理疗，故A错误； B．γ射线是高能电离辐射，穿透性强，主要用于放疗或探测，但加热效率低且对人体有害，故B错误； C．X射线同样为电离辐射，常用于医学成像，穿透性高但加热作用不显著，故C错误； D．红外线波长较长，易被物体吸收并转化为热能，具有显著的热效应，常用于理疗加热设备（如红外线灯），故D正确。 故选D。 【变式1】二氧化碳对波长较长的电磁辐射（如红外线）有较强的吸收作用，而对波长较短的电磁辐射（如可见光）的吸收作用较弱。阳光中多种波长的电磁辐射透过大气照到地球表面，使地面升温，而地面的热辐射是波长较长的电磁辐射，它不容易透过大气中的二氧化碳，于是大气温度上升。大气中二氧化碳的作用像暖房的玻璃一样：太阳的热辐射容易进来，地面的热辐射却不易出去。这种效应叫“温室效应”。二氧化碳是一种重要的“温室气体”。温室效应使得大气的温度不致太低，昼夜温差不致太大，各种生物能够繁衍生息。然而，近年来由于人类的活动，大气中的二氧化碳含量增加，温室效应加剧，这是全球变暖的重要原因。根据上述观点及你所掌握的其它信息，判断下列说法正确的是（　　） A．红外线具有明显的热效应是因为其频率大于可见光的频率 B．温室效应是指二氧化碳对可见光吸收较弱，大量的可见光照射到地面，导致地球温度升高 C．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量的二氧化碳，温室效应显著，当时地球的气温很高 D．由于现代工业大量燃烧煤炭、石油等燃料，燃烧过程放出大量热，导致地球温度升高，气候变暖。 【答案】C 【详解】A．红外线频率低于可见光，光子能量由公式可知，频率越低能量越小。热效应显著是因物体辐射和吸收的主要是红外线，而非频率高低，故A错误； B．温室效应的核心是地面发出的红外辐射被CO₂阻挡，而非可见光直接导致升温。可见光加热地面后，热量以红外形式被滞留，故B错误； C．早期地球火山活动释放大量CO₂，增强温室效应，减少热量散失，维持较高气温，符合科学事实，故C正确； D．燃烧放热对全球升温贡献极小，气候变暖主因是CO₂增加加剧温室效应，而非燃烧直接产热，故D错误。 故选C。 【变式2】疫情期间使用的额枪测温计是因为（　　） A．紫外线具有很强的荧光作用 B．紫外线具有杀菌消毒作用 C．X射线的很强的贯穿力 D．红外线具有显著的热效应‍ 【答案】D 【详解】人体会发出红外线，疫情期间使用的额枪测温计是因为红外线具有显著的热效应。 故选D。 【变式3】下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．校园食堂消毒餐具柜是利用紫外线的热效应来杀菌消毒的 B．红外线的波长比可见光短，比无线电波长 C．手机连接蓝牙音响后，Wi-Fi上网速度会受到影响，是因为Wi-Fi和蓝牙使用了相同频段的无线电波 D．电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相平行，且均与波的传播方向垂直 【答案】C 【详解】A．校园食堂餐具柜是利用紫外线能破坏微生物的DNA或RNA分子，实现杀菌消毒功能，故A错误； B．波长关系为无线电波大于红外线，红外线大于可见光，故B错误； C．在连接蓝牙音响后，移动手机网速会受到影响，因为蓝牙所用电磁波频率与Wi-Fi所用频率很接近，相互有干扰，故C正确； D．电磁波在真空中传播时，电场强度与磁感应强度相互垂直，且均与波的传播方向垂直，故D错误。 故选C。 知识点3：可见光 波长介于760nm～400nm之间，能使人的眼睛产生视觉效应。 色光 红 橙 黄 绿 蓝-靛 紫 波长/nm 760～630 630～600 600～570 570～500 500～430 430～400 频率/（1014Hz） 3.9～4.8 4.8～5.0 5.0～5.3 5.3～6.0 6.0～7.0 7.0～7.5 【例3】人类一直没有停止对太空文明的探索，《三体》就是对地外文明哲学思考的一部科幻作品。某次探索地外文明时要向某星云发射波长为21cm的电磁波。下列关于该电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波是横波 B．电磁波只能在真空中传播 C．电磁波在真空中的传播速度大小为 D．该电磁波相比于可见光更不容易发生衍射 【答案】A 【详解】A．电磁波能发生偏振，所以电磁波是横波，故A正确； B．电磁波能在真空中传播，也能在介质中传播，故B错误； C．电磁波在真空中的传播速度大小为 故C错误； D．该电磁波的波长比可见光的波长大，所以该电磁波相比于可见光更容易发生衍射，故D错误。 故选A。 【变式1】关于光现象及应用，下列说法正确的是（　　） A．光是一种电磁波，电磁波可以在真空中传播 B．海市蜃楼是光发生干涉的结果 C．观众观看立体电影要戴一种特殊的眼镜，利用了光的衍射现象 D．只要光从一种介质射向另一种介质表面就会发生全反射现象 【答案】A 【详解】A．光是一种电磁波，电磁波可以在真空中传播，A正确； B．海市蜃楼是光发生折射和全反射的结果，B错误； C．观众观看立体电影要戴一种特殊的眼镜，利用了光的偏振现象，C错误； D．发生全反射的条件是：光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，D错误。 故选A。 【变式2】声波和电磁波均可传递信息，且都具有波的特征。下列说法正确的是（　　） A．电吉他、电子琴发出的都是电磁波 B．声波和电磁波都能引起鼓膜振动 C．电磁波都不能被人看见，声波都能被人听见 D．在空气中，电磁波的传播速度大于声波的传播速度 【答案】D 【详解】A．电吉他、电子琴发出的都是声波，故A错误； B．声波能引起鼓膜振动，而电磁波不能引起鼓膜振动，故B错误； C．电磁波中的可见光是可以看见的，而声波中的超声波和次声波人是无法听见的，故C错误； D．在空气中，电磁波的传播速度大于声波的传播速度，故D正确。 故选D。 【变式3】（多选题）关于光的下列说法正确的是（　　） A．一切光都可以发生干涉和衍射现象 B．光的偏振现象说明光是一种横波 C．红外线比可见光的能量大，可以灭菌消毒 D．紫外线比可见光的波长大 【答案】AB 【详解】A．光具有波的特性，故一切光都可以发生干涉和衍射现象，故A正确； B．偏振现象是横波特有的现象，故光的偏振现象说明光是一种横波，故B正确； C．红外线比可见光频率低，能量小，故C错误； D．紫外线比可见光的频率高，故紫外线的波长小，故D错误。 故选AB。 知识点4：紫外线 （1）波长：介于400nm～10nm之间。 （2）应用： ①利用紫外线灭菌消毒：紫外线具有较高的能量，能破坏细胞核中的物质。 ②紫外线能使荧光物质发光，可用于验钞器。 ③适量的紫外线照射有助于人体合成维生素D，促进钙的吸收；过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤，诱发皮肤癌。 【例4】下列说法正确的是（　　） A．变化的电场一定能够产生电磁波 B．麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在 C．电磁波的传播不需要介质，而机械波的传播需要介质 D．紫外线是一种波长比紫光更短的电磁波，有显著的热效应 【答案】C 【详解】A．变化的电场能产生磁场，只有振荡电场与振荡磁场才能交替产生，形成电磁波，故A错误； B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次通过实验验证电磁波的存在，B错误； C．电磁波的传播不需要介质，而机械波的传播需要介质，故C正确； D．紫外线波长比紫光短，可以进行灭菌消毒，故D错误。 故选C。 【变式1】下列说法正确的是（　　） A．赫兹预言了电磁波，麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在 B．电场和磁场都是客观存在的物质 C．变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围也一定产生变化的电场 D．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 【答案】B 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故A错误； B．电场和磁场都是客观存在的一种物质，故B正确； C．根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的磁场产生了稳定电场，均匀变化的电场产生了稳定磁场，故C错误； D．红外线、可见光、紫外线都是电磁波，超声波是机械波，不是电磁波，故D错误。 故选B。 【变式2】（多选题）下列说法正确的是（　　） A．电场和磁场都是假想的，不是客观存在的物质 B．电场线和磁感线是可以形象描述场的强弱和方向的假想的曲线 C．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关 D．红外线可以消毒，紫外线可以用来加热理疗 【答案】BC 【详解】A．电场和磁场都是客观存在的，电场线和磁感线才是为了形象描述场而假想的曲线，故A错误； B．电场线和磁感线是可以形象描述场的强弱和方向的假想曲线，故B正确； C．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，故C正确； D．红外线具有热作用可以用来加热理疗，紫外线具有波长短、频率高、能量大的特点可以进行消毒，故D错误。 故选BC。 【变式3】（多选题）如图所示，热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，使产品呈现丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高的吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要用于建筑和玻璃幕墙，其透视方向由光的强度决定。当室外比室内明亮时，单向透视玻璃与普通镜子相似，室外看不到室内的景物，但室内可以看清室外的景物。而当室外比室内昏暗时，室外可看到室内的景物，且室内也能看到室外的景物，其清晰程度取决于室外光照的强弱。根据以上信息和你所学过的物理知识判断，下列说法中正确的是（　　） A．热反射玻璃可以有效地阻止过强紫外线对人体的伤害 B．热反射玻璃应该具有保温隔热作用 C．热反射玻璃和普通玻璃一样，能有效地减弱噪声 D．热反射玻璃的单向透视性不遵从光路可逆性 【答案】ABC 【详解】A．热反射玻璃对紫外线有较高的吸收率，可以有效地阻止过强紫外线对人体的伤害，故A正确； B．热反射玻璃对红外线有较高的反射率，应该具有保温隔热作用，故B正确； C．热反射玻璃和普通玻璃一样，能有效地减弱噪声，故C正确； D．热反射玻璃的单向透视性仍遵从光路可逆性，故D错误。 故选ABC。 知识点5：X射线和γ射线 1．X射线： （1）波长：介于10nm～10-2nm之间。 （2）特性：能量比紫外线高，穿透力强。 （3）应用： ①医学上，利用X射线透视人体。 ②过量的X射线会引起生物体的病变。 ③工业上，利用X射线进行金属探伤。 ④安全检查时，利用X射线探测箱包内的物品。 2．γ射线： （1）波长：小于10-2nm。 （2）特性：穿透力强，能量高。 γ射线能穿透1米厚的水泥墙，3米厚的土地，或是几十厘米的铅板。 （3）应用： ①医学上，利用γ射线能摧毁生命物质的特性制成γ刀，摧毁病变的细胞。 ②工业上，利用γ射线进行金属探伤。 （4）X射线和γ射线都属于电离辐射，对人体有害。 【例5】高能同步辐射光源是我国规划的十个重大科技基础设施之一，电子在储存环中以接近光速的速度跑圈，沿轨道切线方向同步辐射，从而提供高能的射线，下列说法正确的是（　　） A．电子跑圈时能量保持不变 B．射线是一种高能粒子流 C．射线是一种高能电磁波 D．射线的波长小于射线 【答案】C 【详解】A．电子在储存环中做曲线运动时，由于同步辐射会释放电磁波，根据能量守恒定律，电子的能量会逐渐减少，不能保持不变，故A错误。 B．X射线是电磁波的一种，属于高频电磁辐射，并非粒子流，故B错误。 C．X射线是波长较短、频率较高的电磁波，同步辐射产生的X射线正是高能电磁波，故C正确。 D．在电磁波谱中，γ射线的波长比X射线更短，因此X射线的波长大于γ射线，故D错误。 故选C。 【变式1】上海光源产生的电磁波中，可用于人体透视检查的是（　　） A．X射线 B．紫外线 C．可见光 D．远红外线 【答案】A 【详解】A．X射线具有高能量和强穿透性，能穿透人体软组织但被骨骼等致密组织吸收，因此常用于医学透视检查（如X光片），故A正确； B．紫外线波长较短，能量不足以穿透人体组织，主要用于消毒、荧光效应等，不适用于透视检查，故B错误； C．可见光波长在400-700 nm范围内，易被人体组织吸收和散射，无法穿透内部结构，故C错误； D．远红外线波长较长，能量低，穿透能力弱，主要用于热效应成像（如红外测温），不适用于内部透视检查，故D错误。 故选A。 【变式2】（多选题）无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线，都是电磁波。按电磁波的波长或频率顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。不同的电磁波由于具有不同的波长（或频率），因此具有不同的特性，下列有关说法正确的是（   ） A．无线电波可以用于广播及其他信号的传输 B．红外线可以灭菌消毒，促进人体对钙的吸收 C．紫外线照射会使物质发出荧光，这是夜视仪工作的基础 D．射线具有很强的穿透本领，机场安检时能探测到箱内的物品 【答案】AD 【详解】A．无线电波的波长较长、频率较低，适用于广播及其他信号的传输，故A正确； B．紫外线可以灭菌消毒，促进人体对钙的吸收，故B错误； C．紫外线照射会使物质发出荧光，但夜视仪是红外线的热效应工作的，故C错误； D．射线具有很强的穿透本领，可用于机场安检探测箱内的物品，故D正确。 故选AD。 【变式3】（多选题）关于电磁波谱及对一些应用的解释，下列说法中正确的是（　　） A．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 B．紫外验钞机是利用紫外线的化学作用 C．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点 D．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 【答案】ACD 【详解】A．X射线具有较强的穿透能力，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，故A正确； B．紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应，故B错误； C．红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象，从而通过接收到的红外线来感知物体，故C正确； D．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故D正确。 故选ACD。 【巩固训练】 1．下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．使高频载波的振幅或频率随信号而改变的过程叫解调 B．医院里常用紫外线照射对病房和手术室进行消毒 C．红外线应用在探测技术中，是利用了它穿透本领强的特性 D．紫外线是波长比可见光波长还短的电磁波，可以用来加热理疗 【答案】B 【详解】A．使高频载波的振幅或频率随信号而改变的过程叫调制，解调是从携带信号的高频载波中还原原始信号的过程，故A错误； B．紫外线能量较高，能够破坏微生物的核酸结构，具有杀菌消毒的作用，医院常用紫外线照射对病房和手术室消毒，故B正确； C．红外线应用在探测技术中，是利用了一切物体都在持续辐射红外线、且不同温度的物体辐射红外线的频率和强度不同的特点，红外线穿透本领较弱，穿透本领强是X射线等短波长电磁波的特性，故C错误； D．紫外线波长比可见光更短，但加热理疗利用的是红外线的热效应，紫外线不具备加热理疗的用途，故D错误。 故选B。 2．关于电磁波谱，下列说法正确的是（　　） A．红外体温计的工作原理是人的体温越高，发射的红外线越强，有时物体温度较低，不发射红外线，导致无法使用 B．紫外线的频率比可见光低，医学中常用于杀菌消毒，长时间照射人体可能损害健康 C．卫星通信、电视等的信号传输一般用长波 D．手机通信使用的是无线电波，其波长较长 【答案】D 【详解】A． 红外体温计的工作原理基于热辐射，所有温度高于绝对零度的物体都会发射红外线，温度越高辐射越强；物体温度较低时仍发射红外线，A错误； B．根据电磁波谱，紫外线频率高于可见光，B错误； C．卫星通信、电视信号传输通常使用微波波段，而长波（波长千米级）主要用于远距离地面通信，不适用于卫星传输，C错误； D． 手机通信使用无线电波中的微波（如800 MHz至3 GHz频段），波长范围在0.1 m至1 m，属于电磁波谱中的无线电波，波长较长，D正确。 故选D。 3．从外太空来到地球的宇宙线，以原子核为主，还包括少量的正、负电子和γ射线，γ射线在天文探测方面有着独特优势和特殊意义，但由于数量极少，很难直接测量。当高能γ射线进入大气后，立即和大气层中的气体作用而产生各种次级粒子。观测站的粒子探测器需要将更多的次级粒子记录下来，进而反推γ射线进入大气层顶部时的信息。结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　） A．观测站的粒子探测器直接探测到来自宇宙的γ射线 B．观测站建在海拔低处比在海拔高处能记录到更多次级粒子 C．γ射线是高频电磁波，能量越高，传播速度越大 D．γ射线在星系间传播时，运动不受星系磁场的影响，可以方便追溯到源头 【答案】D 【详解】A．题干指出射线进入大气后立即产生次级粒子，探测器记录的是次级粒子而非直接探测射线，故A错误； B．随着“空气簇射”向地面发展，空气对次级粒子的吸收会逐渐增多，观测站建在海拔低处比在海拔高处能记录到更少的次级粒子，故B错误； C．射线作为电磁波，在真空中速度恒为光速，传播速度只与介质有关，与能量无关，故C错误； D．射线不带电，运动不受磁场影响，可追溯源头，故D正确。 故选D。 4．（多选题）关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．无线电波广泛应用于通信和广播 B．红外线探测器能探测出物体的红外辐射 C．适量的紫外线照射，对人体健康有益 D．因为γ射线穿透能力弱，不可用来检查金属内部伤痕 【答案】ABC 【详解】A．无线电波波长较长，广泛应用于通信和广播，故A正确； B．所有物体都会发射红外线，红外线探测器能探测出物体的红外辐射，故B正确； C．适量的紫外线照射能促使人体合成维生素D促进钙的吸收，故C正确； D．γ射线穿透能力强，可以用来检查金属内部伤痕，故D错误。 故选ABC。 5．（多选题）下列关于电磁现象和电磁波的叙述中，正确的是（　　） A．电磁波在空间中传播时传播速度与所处介质有关 B．麦克斯韦发现了电磁感应现象并证实了相关理论 C．电磁波是一种传播方向和振动方向相互垂直的波 D．X射线一般可用于安检、医疗透视以及杀菌消毒 【答案】AC 【详解】A．电磁波的传播速度公式为，其中为介质的折射率；在真空中，速度为 ；在介质中 ，速度减小，因此速度与所处介质有关，故A正确； B．电磁感应现象由法拉第发现，麦克斯韦的主要贡献是建立电磁场理论并预言电磁波的存在，故B错误； C．电磁波是横波，其电场和磁场的振动方向均垂直于传播方向，且二者互相垂直，故C正确； D．X射线常用于安检和医疗透视，但杀菌消毒通常使用紫外线，故D错误。 故选AC。 6．（多选题）2025年4月，我国自主研发的歼—10C等战机亮相于埃及，参加中埃“文明之鹰—2025”空军联合训练，歼—10C战机装备的机载有源相控阵雷达（AESA）发射的电磁波频率为，，属于微波，最大探测距离，光速。则关于机载雷达发射的电磁波，下列说法正确的是（　　） A．该电磁波的传播速度小于光的传播速度 B．该电磁波的波长为 C．该电磁波的波长比可见光长 D．该电磁波的频率比可见光高 【答案】BC 【详解】A．电磁波的传播速度等于光的传播速度，故A错误； B．该电磁波的波长为 故B正确； C．可见光波长范围‌为380—750纳米，故该电磁波的波长比可见光长，故C正确； D．根据可得波长越长频率越小，故该电磁波的频率比可见光低，故D错误。 故选BC。 7．（多选题）在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度。关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最长 B．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线 C．X射线片可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞 D．物体做受迫振动时，其振动频率等于驱动力的频率 【答案】ACD 【详解】A．红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最长，故A正确； B．红外线的显著作用是热效应，任何温度的物体都能辐射红外线，故B错误； C ．X射线片可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞，故C正确； D．物体做受迫振动时，其振动频率等于驱动力的频率，故D正确。 故选ACD。 8．（多选题）电磁波在科学技术上有很多应用，以下解释正确的是（　　） A．验钞机利用的是γ射线的荧光效应 B．X光透视利用的是X射线的穿透作用 C．工业上的金属探伤利用的是紫外线具有极强的穿透能力 D．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点 【答案】BD 【详解】A．验钞机是利用了紫外线的荧光作用，故A错误； B．X光透视利用的是X射线的穿透作用，故B正确； C．射线具有极强的穿透能力，工业上的金属探伤就是利用这个原理，故C错误； D．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点，故D正确。 故选BD。 9．（多选题）如图所示是自然界的一颗“磁星”，“磁星”（Magnetar）是中子星的一种，拥有极强的磁场，通过磁场的衰减，使之能源源不绝地释放出以X射线及γ射线为主的高能量电磁辐射，下列说法正确的是（　　） A．X射线属于无线电波 B．X射线的频率小于γ射线的频率 C．X射线常用于消毒杀菌 D．γ射线可以摧毁病变的细胞 【答案】BD 【详解】A．X 射线频率高于紫外线，不属于无线电波 ，故A错误； B．在电磁波谱中，从无线电波到 γ 射线，频率逐渐升高，X 射线频率小于 γ 射线频率 ，故B正确； C．常用于消毒杀菌的是紫外线，不是 X 射线，X 射线主要用于医学透视等 ，故C错误； D．γ 射线能量高、穿透能力强，可用于医疗领域摧毁病变细胞，如放射治疗 ，故D正确。 故选BD。 10．自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射．热辐射具有如下特点： （1）辐射的能量中包含各种波长的电磁波； （2）物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大； （3）在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其它物体辐射的电磁能量．如果它处在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体热力学温度的4次方成正比，即 ，其中δ是常量．在下面问题中，把研究对象都简单看作黑体．有关数据及数学公式如下：太阳半径 ，太阳表面温度T,火星半径r；球面积 ，其中R为球半径．已知光速为c．求 （1）太阳辐射能量的极大多数集中在波长为 范围内，求相应的频率范围． （2）t 时间内从太阳表面辐射的总能量为多少？ （3）火星接收到来自太阳的辐射可以看作在相同的距离下太阳光垂直射到表面积为πr2的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的n倍，忽略其它天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度T0． 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）由 可得λ1对应的频率为 λ2对应的频率为 所以相应的频率范围是 （2）太阳的辐射功率为 则t时间内太阳辐射的能量为 （3）太阳的能量辐射到半径为nRs的球上时，球上单位面积辐射密度为 照射在火星上的能量与火星辐射能量相等，即 解得 20 / 22 学科网（北京）股份有限公司 $