10.2 电磁波的应用（讲义）物理新教材教科版九年级下册

第十章 电磁波与信息技术 第2节 电磁波的应用 课标要点 1. 认识电磁波谱，记住电磁波在真空中的传播速度 2. 知道电磁波能够传递信息、具有能量，熟悉电磁波的各类应用 学习重难点 重点：区分电磁波信息应用与能量应用 难点：理解调制解调的简单原理 知识点 电磁波谱（重点） 定义：把电磁波按照波长（频率）顺序排列，形成电磁波谱 顺序：（波长由长→短，频率由低→高）：无线电波 → 红外线 → 可见光 → 紫外线 → X 射线 → γ 射线 共性：都属于电磁波；真空中波速都是c=3×108；都可以传递信息、都具有能量 随学随练 1．无线WiFi频段之一为。根据如图所示电磁波家族的信息，可以推测此频段WiFi信号（　　） A．属于红外线 B．与可见光相比波长更长 C．与可见光相比频率更高 D．在真空中传播的速度比可见光大 2．如图为电磁波谱及其主要用途，下面分析错误的是（   ） A．γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波都是电磁波 B．人眼可以看到波长为的电磁波 C．相比紫外线，红外线更容易被物体吸收并转化为内能 D．由图中的信息可知，电磁波的波长越长，该电磁波的频率越小，波速也越小 知识点 电磁波信息应用与能量应用（重点） 无线电波：波动性强；广播、电视、手机通信、雷达 红外线：热效应强；红外遥感、红外测温、遥控器 可见光：人眼可见；照明、太阳光（地球生命能量来源） 紫外线：荧光效应、化学作用；杀菌消毒、验钞防伪 X 射线：穿透能力较强；拍片、透视检查 γ 射线：穿透能力最强；放疗、金属探伤 随学随练 1．下列设备中，主要利用电磁波传递信息的是（     ） A．声呐探测鱼群 B．微波炉加热食物 C．蓝牙耳机传输音乐 D．电饭煲自动保温 2．北斗三号全球卫星导航系统正式开通以来，运行稳定，持续为全球用户提供优质服务，系统服务能力步入世界一流行列。北斗卫星利用______波向地面传递信息，这种波在真空中的传播速度约______m/s。 基础通关 1．关于电磁波的认识，下列正确的是（     ） A．电磁波不能在真空中传播 B．无线电通讯是利用电磁波传输信号的 C．X射线成像主要利用电磁波的能量特性工作 D．红外线不是电磁波 2．我国自主建设的北斗卫星导航系统已投入使用。卫星导航系统能提供高精度的定位、导航等服务，北斗导航系统传递信息主要是利用（　　） A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．光导纤维 3．我国“逐日工程”团队研制的空间太阳能电站有望为多个太空飞行器或地面移动设备同时进行无线供电，这主要是利用了（     ） A．微波传递能量 B．超声波传递能量 C．微波传播信息 D．超声波传播信息 4．“中国天眼”是当前最大单口径射电望远镜，可监测至频段的电磁波。结合图中信息判断，该频段电磁波（    ） A．是X射线 B．波长比可见光短 C．可以被人眼看见 D．在真空中的传播速度约为 5．无线电广播信号的发射由广播电台完成，话筒把播音员的声音信号转换为电信号，然后用调制器把音频电信号加载到_________上，再通过_________产生电磁波并发射到空中。 6．甲、乙分别为两种电磁波，其部分波形如图（a）所示，其中甲是我们能看得见的某种色光。结合图（b）的电磁波谱，可以推测：乙可能是_____（选填“红外线”或“紫外线”），甲、乙这两种电磁波具有相同的_____（选填“波长”“波速”或“频率”）。 素养提升 1．a、b分别为两种电磁波，其部分波形如图甲所示，其中a波是红外线。结合图乙的电磁波谱，下列分析正确的是（　　） A．b波可能是微波 B．两种电磁波在真空中的波速可能不同 C．a波能使荧光物质发光 D．相比a波，b波的频率更大、波长更短 2．电磁波具有信息和能量特性。在手机和微波炉这两种电子产品中，主要利用电磁波的能量特性工作的是______，主要利用电磁波的信息特性工作的是______。 3．电磁波在真空中的传播速度为______。如图所示是部分电磁波谱，在如图的五种电磁波中，频率最高的电磁波是______。 4．地面卫星控制中心向“嫦娥二号”发送指令时，是利用________传递指令信号的（选填“电磁波”或“声波”）；已知一列电磁波的频率为，则该电磁波在真空中波长为________m。波速、波长和频率的关系：波速＝波长×频率，即。 5．如图是无线电广播工作过程的简易图。 (1)话筒把播音员的__________转换成电信号，调制器把音频电信号加载到__________电流上发射到空中。 (2)收音机接收到各种电磁波并从中选出特定频率的信号。通过解调将__________电信号留下，通过__________把播音员的声音从收音机播放出来。 迁移创新 1．北斗导航系统靠________为无人机传递信息。若无人机电池电压为75V，电池容量10000mA·h，则充满电后它存储了________kW·h的能量。 2．提高巡检效率，保障供电安全，助力智慧城市发展。深圳某学校物理兴趣小组的同学，对深圳本地智能巡检机器人的应用展开探究学习，了解到以下资料： 资料一：南方电网深圳供电局在前海电缆隧道完成了四足智能巡检机器狗的试点应用。如图1，机器狗具备自主导航、智能检测、自动充电等能力，能实现自主导航和数据传输，实现厘米级建模与自主避障。 资料二：如图2为架空输电线路巡检机器人，它的质量为54kg，在巡检模式下移动速度为4km/h，在水平线路上匀速巡检时，受到的摩擦力为其重力的0.2倍。（g取10N/kg，不计能量损耗） (1)深圳巡检机器人的自主导航和数据传输依赖__________（选填“电磁波”或“声波”）； (2)机器狗通过热成像检测电缆隐患，这一过程利用的是__________（选填“红外线”或“紫外线”）； (3)巡检机器人足底橡胶表面有凹凸花纹，是为了增大__________，使机器人能在复杂路面平稳行走； (4)小强提出：若架空输电线路巡检机器人在水平线路上匀速巡检，该机器人巡检时的牵引力功率为__________； (5)同学们了解到，架空输电线路巡检机器人部分参数如下表所示，该机器人剩余电量为20%时开始充电，则充满电需花费__________元。 电池电压 电池容量 充电效率 电费 50V 4A·h 90% 0.72元/度 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十章 电磁波与信息技术 第2节 电磁波的应用 课标要点 1. 认识电磁波谱，记住电磁波在真空中的传播速度 2. 知道电磁波能够传递信息、具有能量，熟悉电磁波的各类应用 学习重难点 重点：区分电磁波信息应用与能量应用 难点：理解调制解调的简单原理 知识点 电磁波谱（重点） 定义：把电磁波按照波长（频率）顺序排列，形成电磁波谱 顺序：（波长由长→短，频率由低→高）：无线电波 → 红外线 → 可见光 → 紫外线 → X 射线 → γ 射线 共性：都属于电磁波；真空中波速都是c=3×108；都可以传递信息、都具有能量 随学随练 1．无线WiFi频段之一为。根据如图所示电磁波家族的信息，可以推测此频段WiFi信号（　　） A．属于红外线 B．与可见光相比波长更长 C．与可见光相比频率更高 D．在真空中传播的速度比可见光大 【答案】B 【详解】A．此频段WiFi信号2.4GHz(=2.4×109Hz)属于无线电波，不属于红外线，故A错误，不符合题意； BC．由图可知，WiFi 信号与可见光相比，频率更低，波长越长，故B正确，符合题意，C错误，不符合题意； D．各种电磁波在真空中传播的速度都是一样的，为，故D错误，不符合题意。 故选B 。 2．如图为电磁波谱及其主要用途，下面分析错误的是（   ） A．γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波都是电磁波 B．人眼可以看到波长为的电磁波 C．相比紫外线，红外线更容易被物体吸收并转化为内能 D．由图中的信息可知，电磁波的波长越长，该电磁波的频率越小，波速也越小 【答案】D 【详解】A．电磁波家庭成员很多，其波长有一个很宽的范围，按照波长从长到短的顺序，可分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，故A正确，不符合题意； B．已知 由图中的信息可知，在可见光谱范围内，所以人眼可以看到波长为的电磁波，故B正确，不符合题意； C．由图中的信息可知，不同波段的电磁波的波长不一样，其用途也是不一样的，如利用红外线制成电取暖器，利用微波制成微波炉等，红外线显著的作用是热作用，相比紫外线，红外线更容易被物体吸收并转化为内能，故C正确，不符合题意； D．由图中的信息可知，电磁波的波长越长，频率越低，波长越短，频率越高，但它们在真空中的波速是相同的，故D错误，符合题意。 故选D。 知识点 电磁波信息应用与能量应用（重点） 无线电波：波动性强；广播、电视、手机通信、雷达 红外线：热效应强；红外遥感、红外测温、遥控器 可见光：人眼可见；照明、太阳光（地球生命能量来源） 紫外线：荧光效应、化学作用；杀菌消毒、验钞防伪 X 射线：穿透能力较强；拍片、透视检查 γ 射线：穿透能力最强；放疗、金属探伤 随学随练 1．下列设备中，主要利用电磁波传递信息的是（     ） A．声呐探测鱼群 B．微波炉加热食物 C．蓝牙耳机传输音乐 D．电饭煲自动保温 【答案】C 【详解】A．声呐探测鱼群，利用超声波传递信息，超声波属于声波，而不是电磁波，故A错误； B．微波炉加热食物，利用微波（电磁波）的热效应加热，是传递能量，不是传递信息，故B错误； C．蓝牙耳机传输音乐，通过蓝牙（无线电波）传输音频信号，无线电波属于电磁波，核心是利用电磁波传递信息，故C正确； D．电饭煲自动保温，利用电流的热效应，将电能转化为内能，和电磁波无关，故D错误。 故选C。 2．北斗三号全球卫星导航系统正式开通以来，运行稳定，持续为全球用户提供优质服务，系统服务能力步入世界一流行列。北斗卫星利用______波向地面传递信息，这种波在真空中的传播速度约______m/s。 【答案】 电磁 3×108 【详解】[1][2]电磁波可在真空中传播，适用于卫星通信，北斗卫星利用电磁波向地面传递信息，这种波在真空中的传播速度等于光速，约为。 基础通关 1．关于电磁波的认识，下列正确的是（     ） A．电磁波不能在真空中传播 B．无线电通讯是利用电磁波传输信号的 C．X射线成像主要利用电磁波的能量特性工作 D．红外线不是电磁波 【答案】B 【详解】A．电磁波的传播不需要介质，能够在真空中传播，故A错误； B．无线电通讯是利用电磁波来传输声音、图像等信号的，如生活中的手机、广播电台等，故B正确； C．X射线成像主要利用的是X射线的穿透性，它能穿透不同密度的物体，进而在底片上形成不同影像，并非利用能量特性，故C错误； D．红外线属于电磁波的范畴，电磁波包含无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，故D错误。 故选B。 2．我国自主建设的北斗卫星导航系统已投入使用。卫星导航系统能提供高精度的定位、导航等服务，北斗导航系统传递信息主要是利用（　　） A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．光导纤维 【答案】A 【详解】电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，所有卫星导航通信都是利用电磁波传递信息，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选 A。 3．我国“逐日工程”团队研制的空间太阳能电站有望为多个太空飞行器或地面移动设备同时进行无线供电，这主要是利用了（     ） A．微波传递能量 B．超声波传递能量 C．微波传播信息 D．超声波传播信息 【答案】A 【详解】太空属于真空环境，超声波是机械波，传播需要介质，无法在真空中传递；该技术的作用是为设备无线供电，核心是传递能量而非仅传递信息，微波属于电磁波，可以在真空中高效传递能量，符合空间太阳能电站无线供电的需求。故选A。 4．“中国天眼”是当前最大单口径射电望远镜，可监测至频段的电磁波。结合图中信息判断，该频段电磁波（    ） A．是X射线 B．波长比可见光短 C．可以被人眼看见 D．在真空中的传播速度约为 【答案】D 【详解】A．根据题图，属于无线电波的频率范围，故A错误； B．电磁波在真空中传播满足公式，真空中光速为定值，频率越小，波长越大。该频段的最大频率 远小于可见光的频率（约 ），因此该频段波长比可见光更长，故B错误； C．只有可见光可以被人眼看见，该频段属于无线电波，不是可见光，因此不能被人眼看见，故C错误； D．所有电磁波在真空中的传播速度都约为 ，故D正确。 故选D。 5．无线电广播信号的发射由广播电台完成，话筒把播音员的声音信号转换为电信号，然后用调制器把音频电信号加载到_________上，再通过_________产生电磁波并发射到空中。 【答案】 高频电流 天线 【详解】[1][2]话筒把播音员的声音信号转化为电信号，但音频信号频率较低，不利于远距离传输，所以要用调制器把音频电信号加载到高频电流上，再通过天线产生电磁波并发射到空中。 6．甲、乙分别为两种电磁波，其部分波形如图（a）所示，其中甲是我们能看得见的某种色光。结合图（b）的电磁波谱，可以推测：乙可能是_____（选填“红外线”或“紫外线”），甲、乙这两种电磁波具有相同的_____（选填“波长”“波速”或“频率”）。 【答案】 红外线 波速 【详解】[1][2]由图（a）可知，甲的波长小，乙的波长大，光属于电磁波，电磁波在真空中的传播速度是相同的，根据 c＝λf 可知，甲的频率高，乙的频率低；甲是我们能看得见的光，根据图（b）可知，乙的频率较低，可能是不可见光中的红外线。 素养提升 1．a、b分别为两种电磁波，其部分波形如图甲所示，其中a波是红外线。结合图乙的电磁波谱，下列分析正确的是（　　） A．b波可能是微波 B．两种电磁波在真空中的波速可能不同 C．a波能使荧光物质发光 D．相比a波，b波的频率更大、波长更短 【答案】D 【详解】A．由图甲得，b波的频率大于a波的频率，a波是红外线，则b波不可能是微波，故A错误； B．两种电磁波在真空中的波速相同，故B错误； C．使荧光物质发光的是紫外线，故C错误； D．相比a波，b波的频率更大，由图乙得，频率越大，波长越短，故D正确。 故选D。 2．电磁波具有信息和能量特性。在手机和微波炉这两种电子产品中，主要利用电磁波的能量特性工作的是______，主要利用电磁波的信息特性工作的是______。 【答案】 微波炉 手机 【详解】[1]微波炉会产生微波，微波是一种电磁波，这些电磁波能够被食物中的水分子吸收，从而使食物加热。所以微波炉是利用电磁波的能量来加热食物的。 [2] 手机是通过发射及接收电磁波来传递信息的。 3．电磁波在真空中的传播速度为______。如图所示是部分电磁波谱，在如图的五种电磁波中，频率最高的电磁波是______。 【答案】 射线 【详解】[1]电磁波在真空中的传播速度和光速相同，都为3×108m/s。 [2]根据公式c=λf，电磁波的传播速度不变，波长越短，传播频率越高，由图可知，γ射线波长最短，故其频率最高。 4．地面卫星控制中心向“嫦娥二号”发送指令时，是利用________传递指令信号的（选填“电磁波”或“声波”）；已知一列电磁波的频率为，则该电磁波在真空中波长为________m。波速、波长和频率的关系：波速＝波长×频率，即。 【答案】 电磁波 500 【详解】[1]电磁波的传播不需要介质，地面卫星控制中心向“嫦娥二号”发送指令时，是利用电磁波传递指令信号的。 [2]已知一列电磁波的频率为，则该电磁波在真空中波长为 5．如图是无线电广播工作过程的简易图。 (1)话筒把播音员的__________转换成电信号，调制器把音频电信号加载到__________电流上发射到空中。 (2)收音机接收到各种电磁波并从中选出特定频率的信号。通过解调将__________电信号留下，通过__________把播音员的声音从收音机播放出来。 【答案】(1) 声信号 高频 (2) 音频 扬声器 【详解】（1）[1][2]话筒的作用是将声信号转化为音频电信号。调制器的作用是将电信号加载在高频电流上，然后由天线以电磁波的形式发射到空中。 （2）[1][2]收音机天线接收到空中的各种电磁波，并通过调谐器从中选出特定频率的信号，然后通过解调器将高频电流成分滤去，将音频信号留下，送到扬声器将音频电信号转换成声音。 迁移创新 1．北斗导航系统靠________为无人机传递信息。若无人机电池电压为75V，电池容量10000mA·h，则充满电后它存储了________kW·h的能量。 【答案】 电磁波 0.75 【详解】北斗导航系统属于卫星通信，电磁波可以在真空中传播，适合远距离传递信息，因此靠电磁波传递信息。 存储的能量 2．提高巡检效率，保障供电安全，助力智慧城市发展。深圳某学校物理兴趣小组的同学，对深圳本地智能巡检机器人的应用展开探究学习，了解到以下资料： 资料一：南方电网深圳供电局在前海电缆隧道完成了四足智能巡检机器狗的试点应用。如图1，机器狗具备自主导航、智能检测、自动充电等能力，能实现自主导航和数据传输，实现厘米级建模与自主避障。 资料二：如图2为架空输电线路巡检机器人，它的质量为54kg，在巡检模式下移动速度为4km/h，在水平线路上匀速巡检时，受到的摩擦力为其重力的0.2倍。（g取10N/kg，不计能量损耗） (1)深圳巡检机器人的自主导航和数据传输依赖__________（选填“电磁波”或“声波”）； (2)机器狗通过热成像检测电缆隐患，这一过程利用的是__________（选填“红外线”或“紫外线”）； (3)巡检机器人足底橡胶表面有凹凸花纹，是为了增大__________，使机器人能在复杂路面平稳行走； (4)小强提出：若架空输电线路巡检机器人在水平线路上匀速巡检，该机器人巡检时的牵引力功率为__________； (5)同学们了解到，架空输电线路巡检机器人部分参数如下表所示，该机器人剩余电量为20%时开始充电，则充满电需花费__________元。 电池电压 电池容量 充电效率 电费 50V 4A·h 90% 0.72元/度 【答案】(1)电磁波 (2)红外线 (3)摩擦力 (4)120 (5)0.128 【详解】（1）无线导航、远程数据传输依赖电磁波传递信息，电磁波可以在真空中传播，适合远距离无线传输，声波需要介质，无法满足该需求。 （2）一切物体都会辐射红外线，温度越高辐射红外线的能力越强，热成像检测利用了红外线的热效应。 （3）足底橡胶的凹凸花纹增大了接触面的粗糙程度，在压力一定时，可以增大摩擦力，使机器人行走更稳定。 （4）机器人重力 匀速运动时牵引力与摩擦力平衡 速度 牵引力功率 （5）电池总储存电能 剩余20%电量时，需要充入电池的电能 充电效率 电网消耗总电能 总花费 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $