第4章第3節(jié)電磁波譜學習目標思維導圖1.知道什么是電磁波譜,知道電磁波譜中不同波長范圍的電磁波。(物理觀念)2.了解不同波長范圍的電磁波的特性以及應用。(科學思維)3.知道電磁波可以傳遞能量,知道太陽輻射的特點。(科學思維)基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標基礎落實·必備知識全過關一、認識電磁波譜1.把各種電磁波按波長或頻率順序排列起來,就構成了

。

2.按照波長從長到短依次排列為:

、

、

、

、X射線、

。

3.電磁波都具有反射、折射

、

和

的特性。

想一想電磁波在真空中的傳播速度是多少?無線電波的波長比可見光的波長大還是小?除了無線電波和可見光之外,還有其他哪些電磁波?電磁波譜

無線電波紅外線可見光紫外線γ射線衍射干涉提示

電磁波在真空中的傳播速度是光速。無線電波的波長比可見光的波長大。還有紅外線、紫外線、X射線、γ射線。二、不同波段電磁波的應用1.無線電波:不同波段內的無線電波具有不同的傳播特性。頻率越低,傳播損耗

,覆蓋距離

;頻率越高,傳播損耗

,覆蓋距離

。

2.紅外線:人們應用紅外線具有明顯

的特性來加熱物體,如使用紅外線烤箱、紅外線爐烹飪食物。

3.紫外線:紫外線能使很多物質發(fā)出

,很容易讓底片感光。當適量的紫外線照射人體時,能促使人體合成

,可預防佝僂病。紫外線還具有

作用,如醫(yī)院常常利用紫外線進行消毒,人們經常在太陽下晾曬被褥等。

越小越遠越大越近熱效應熒光維生素D

殺菌4.X射線:X射線的

較強,在醫(yī)學上常用X光照片輔助進行疾病診斷。

5.γ射線:γ射線的能量較高,穿透力很強,對生物的破壞力很大。醫(yī)學上常用γ射線來殺死

。

想一想紅外體溫計不用與人體接觸便可以迅速測量體溫,如圖所示,你知道它的工作原理嗎?穿透力癌細胞提示

根據體溫越高,輻射紅外線越強的原理。

易錯辨析

判一判(1)紅外線比紅光波長短,它的熱效用很強。(

)(2)X射線對生命物質有較強的作用,過量的X射線輻射會引起生物體的病變。(

)(3)在電磁波譜中,無線電波一般可用于通信。(

)(4)γ射線是波長最長的電磁波,它比X射線的頻率還要低。(

)×提示

在電磁波譜中,紅外線的波長比可見光長,而紅光屬于可見光,紅外線的熱效用很強?！獭獭撂崾?/p>

γ射線是波長最短的電磁波,它比X射線的頻率還要高。

即學即用

練一練下列各組電磁波,按頻率由高到低的正確排列順序是(

)A.無線電波、紅外線、可見光、X射線B.X射線、紅外線、可見光、無線電波C.X射線、可見光、紅外線、無線電波D.無線電波、可見光、紅外線、X射線C解析

由c=fλ可知,波長越長,頻率越低,根據電磁波按波長排列順序,可得按頻率由高到低排列的順序是X射線、可見光、紅外線、無線電波,C正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一無線電波的應用情境探究如圖所示,在我們身邊到處都有電磁波的影子,它的應用更是比比皆是。

(1)下面列出的設備中工作時所發(fā)出的波,哪些屬于電磁波?(A)微波爐加熱食物時發(fā)出的波。(B)電視發(fā)射塔發(fā)出的波。(C)互聯網光纜中傳播的波。(D)電視機遙控器發(fā)出的波。(2)為什么超遠程無線電利用無線電波中的長波波段,而雷達利用微波波段?要點提示

(1)均屬于電磁波。(2)根據波的衍射特性,波長越長,越容易繞過障礙物,所以遠程無線電利用長波波段。微波波長短,傳播時直線性好,雷達正是利用了微波直線傳播性好的特點。知識歸納1.電磁波譜及介紹

無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線合起來便構成了范圍非常廣闊的電磁波譜。如圖所示是按波長由大到小順序排列的。

波長由大到小,頻率反之

相鄰的波長沒有明顯的界線

電磁波譜

2.無線電波(1)波長大于1mm(頻率小于300GHz)的電磁波是無線電波。無線電波用于通信、廣播及其他信號傳輸。(2)廣播電臺和電視臺都有發(fā)射無線電波的設備,許多自然過程也輻射無線電波。如天文學家用射電望遠鏡接收天體輻射的無線電波,進行天體物理研究。傳播不需要介質

閃光語錄

雷達的工作原理:雷達利用微波遇到障礙物的反射現象來測定物體位置。根據發(fā)射無線電波到接收反射波的時間t,確定障礙物的距離

,再根據發(fā)射無線電波的方向和仰角,可以確定障礙物的位置。應用體驗典例1

太陽表面溫度約為6000K,主要發(fā)出可見光;人體溫度約為310K,主要發(fā)出紅外線;宇宙間的溫度約為3K,所發(fā)出的輻射稱為“3K背景輻射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空間上保留下的余熱。若要進行“3K背景輻射”的觀測,應該選擇的波段是(

)A.無線電波 B.紫外線 C.X射線

D.γ射線A解析

電磁波譜按波長由長到短的順序排列為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線,由題意知,物體溫度越高,其發(fā)出的電磁波波長越短,宇宙間的溫度約為3

K,則其發(fā)出的電磁波的波長應在無線電波波段,故選項A正確。規(guī)律方法

各種電磁波的共性:(1)在本質上都是電磁波,遵循相同的規(guī)律,各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義。(2)都遵循公式v=λf,在真空中的傳播速度都是c=3×108

m/s。(3)傳播都不需要介質。(4)都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。針對訓練1科學家曾經設想通過高聳的天線塔,以無線電波的形式將電能輸送到指定地點,但一直沒有在應用層面上獲得成功,其主要原因是這類無線電波(

)A.在傳輸中很多能量被吸收B.在傳播中易受山脈阻隔C.向各個方向傳輸能量D.傳輸能量易造成電磁污染C解析

電磁波可以向各個方向傳播,而電能的輸送需要定向傳播,故選C。

探究二紅外線和紫外線的應用情境探究在許多商場的洗手間里裝有一種全自動感應水龍頭,旁邊有溫馨提示:“手一伸水自來,手一收水自停”。這種水龍頭的原理是什么?要點提示

一切物體都在不停地輻射紅外線,物體的溫度越高,輻射出的紅外線越多。人體的溫度較高,而且人體發(fā)出的紅外線在某一范圍內,人手靠近水龍頭,人手發(fā)出的紅外線被傳感器接收,從而利用電子線路打開水龍頭,人手挪開了,傳感器接收不到手發(fā)出的紅外線,從而關閉水龍頭。知識歸納1.紅外線(1)紅外線是一種光波,它的波長比無線電波短,比可見光長。所有物體都輻射紅外線。熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強。肉眼看不見紅外線,但能夠感受它。寒冷的冬天當你在爐旁烤火時,你的皮膚正在享受紅外線帶來的溫暖。(2)紅外線主要有以下應用:①人體在發(fā)射紅外線,體溫越高,發(fā)射的紅外線越強。根據這個原理,紅外體溫計不與身體接觸也可以測體溫。②紅外探測器能在較冷的背景上探測出較熱物體的紅外輻射,這是夜視儀器和紅外攝影的基礎。③用靈敏的紅外探測器吸收遠處物體發(fā)出的紅外線,然后用電子電路對信號進行處理,可以得知被測對象的形狀及溫度、濕度等參數。這就是紅外遙感技術。利用紅外遙感可以在飛機或人造地球衛(wèi)星上勘測地熱、尋找水源、監(jiān)視森林火情、預報風暴和寒潮。紅外遙感在軍事上的應用也十分重要。④加熱物體,紅外線很容易使物體的溫度升高,如市場上的“紅外線烤箱”。2.可見光(1)可見光的波長在760nm到400nm之間,不同顏色的光是波長(頻率)范圍不同的電磁波。(2)天空看起來是藍色的,是由于波長較短的光比波長較長的光更容易被散射,傍晚的陽光比較紅,是由于大氣對波長較短的藍光、紫光比波長較長的紅光、橙光吸收較強的緣故。3.紫外線(1)紫外線具有較高的能量,足以破壞細胞核中的物質。因此,可以利用紫外線滅菌消毒。太陽光里有許多紫外線,人體接受適量的紫外線照射,能促進鈣的吸收,改善身體健康。但過強的紫外線會傷害眼睛和皮膚。(2)許多物質在紫外線的照射下會發(fā)出熒光,根據這一點可以設計防偽措施。閃光語錄

所有物體都能發(fā)射紅外線。應用體驗典例2

(多選)等離子顯示屏PDP是一種以等離子管作為發(fā)光元件,并由大量的等離子管排列在一起構成的屏幕。每個等離子管的透明玻璃管內都充有低壓的氖氙氣體,管的兩端各有一個電極,在兩個電極間加上高電壓后,封在管內的氣體便產生某種肉眼看不見的射線,它激發(fā)顯示屏上的紅綠藍三基色熒光粉發(fā)出可見光。每個等離子管作為一個像素,由這些像素的明暗和顏色變化的組合,便形成了各種灰度和色彩的圖像,則(

)A.等離子管發(fā)光的微觀機理是通過高電壓使低壓氖氙氣體原子的外層電子受到激發(fā)而發(fā)光B.等離子管發(fā)光的微觀機理是通過高電壓使低壓氖氙氣體原子的內層電子受到激發(fā)而發(fā)光C.該射線使熒光粉發(fā)出可見光是利用了光的熒光效應D.該射線使熒光粉發(fā)出可見光是利用了光的化學作用AC解析

根據紫外線的產生機理、特點及應用可知是某種看不見的射線使熒光粉發(fā)光,看不見的射線應是紫外線,使熒光粉發(fā)光,這是紫外線的熒光效應。紫外線作為電磁波家族中的一員,它的產生機理與可見光和紅外線的產生機理是相同的,都是原子的外層電子受到激發(fā)后產生的,所以正確的選項是A、C。針對訓練2驗鈔機發(fā)出的光能使鈔票上的熒光物質發(fā)光,電視機、空調的遙控器發(fā)出的光能控制電視機、空調的工作狀態(tài)。對于它們發(fā)出的光,以下判斷正確的是(

)A.它們發(fā)出的都是紅外線B.它們發(fā)出的都是紫外線C.驗鈔機發(fā)出的是紅外線,遙控器發(fā)出的是紫外線D.驗鈔機發(fā)出的是紫外線,遙控器發(fā)出的是紅外線D解析

紫外線有較強的熒光作用,能使熒光物質發(fā)出熒光,故驗鈔機發(fā)出的是紫外線,紅外線波長較長,容易發(fā)生衍射,故能很方便地遙控家用電器,故D正確。探究三X射線和γ射線的應用情境探究光譜是復色光經過色散系統(tǒng)(如棱鏡、光柵)分光后,被色散開的單色光按波長(或頻率)大小而依次排列的圖案,全稱為光學頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分,在這個波長范圍內的電磁波被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區(qū)別的所有顏色,譬如褐色和粉紅色。白光經三棱鏡后發(fā)生色散,形成光譜。(1)光譜中各種色光按波長大小是如何排列的?(2)除了可見光之外,還有其他哪些電磁波?(3)電磁波在我們日常生活中應用相當廣泛,請你列舉出X射線和γ射線的應用實例。要點提示

(1)各種色光按波長由大到小排列為:紅橙黃綠藍靛紫。(2)還有無線電波、紅外線、紫外線、X射線、γ射線。(3)X射線:X光透視機;γ射線:γ射線探傷。知識歸納1.X射線(1)人們用X射線管來產生X射線。X射線對生命物質有較強的作用,過量的X射線輻射會引起生物體的病變。X射線能夠穿透物質,可以用來檢查人體內部器官。在工業(yè)上,利用X射線檢查金屬零件內部的缺陷。機場、車站等地進行安全檢查時,X射線能輕而易舉地窺見箱內的物品。(2)“CT”是“計算機輔助X射線斷層攝影”的簡稱。X射線以不同角度照射人體,計算機對其投影進行分析,給出類似于生理切片一樣的人體組織照片。醫(yī)生可以從中看出是否發(fā)生了病變。2.γ射線波長最短的電磁輻射是γ射線,它具有很高的能量。γ射線能破壞生命物質。把這個特點應用在醫(yī)學上,可以摧毀病變的細胞,用來治療某些癌癥。γ射線的穿透能力很強,可用于探測金屬部件內部的缺陷。閃光語錄

我們不僅要牢記電磁波譜中的不同的電磁波(如紅外線、紫外線、X射線、γ射線)的特點和應用,還要記住電磁波譜中波長、頻率的變化規(guī)律,如頻率越高,波長越短,穿透性越強,波動性越弱;頻率越低,波長越長,衍射現象越明顯,波動性越強,穿透性越弱。應用體驗典例3

關于電磁波的特性和應用,下列說法正確的是(

)A.紅外線和X射線都有很高的穿透本領,常用于醫(yī)學上透視人體B.過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康C.電磁波譜中頻率最高的為γ射線,最容易發(fā)生衍射現象D.紫外線可以使感光底片感光D解析

X射線有很高的穿透本領,常用于醫(yī)學上透視人體,紅外線沒有,A錯誤;過強的紫外線照射對人的皮膚有害,B錯誤;電磁波譜中頻率最高的為γ射線,其波長最短,最不容易發(fā)生衍射現象,C錯誤;紫外線可以使感光底片感光,D正確。規(guī)律方法

電磁波譜相關問題解題方法(1)熟記各種電磁波的特性及應用。(2)按電磁波譜的排列順序,波長越長,頻率越低,衍射能力越強,穿透能力越弱;波長越短,頻率越高,衍射能力越弱,穿透能力越強。針對訓練3間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機,可用來探測軍用和民用目標。這種照相機能拍到晚上行駛的汽車,即使汽車不開燈行駛,也瞞不過它。這種遙感照相機敏感的電磁波屬于(

)A.可見光波段

B.紅外波段C.紫外波段

D.X射線波段B解析

所有的物體都能發(fā)出紅外線,熱的物體的紅外輻射比冷的物體的強,間諜衛(wèi)星上裝的遙感照相機,實際上是紅外探測器,它能在較冷的背景上探測出較熱物體的紅外輻射,這是紅外攝影的基礎。再者,紅外線波長比其他波(如可見光、紫外線、X射線)的長,有較好的穿透云霧的能力,故B正確。而其他選項的光不具備以上特點,故A、C、D錯誤。學以致用·隨堂檢測全達標12341.關于雷達的特點,下列說法正確的是(

)A.雷達所用無線電波的波長比短波更長B.雷達只有連續(xù)發(fā)射無線電波才能發(fā)現目標C.雷達的顯示屏上可以直接讀出障礙物的距離D.雷達在能見度低的黑夜將無法使用C解析

雷達一般采用直線性好、反射性強的微波,其波長比短波更短,A錯誤;雷達不是連續(xù)地發(fā)射無線電波,每次發(fā)射的時間及兩次發(fā)射的時間間隔都有一定要求,B錯誤;障礙物的距離等情況都由顯示屏顯示出來,C正確;雷達在能見度低的黑夜也能使用,D錯誤。12342.(2023江蘇南京寧海中學高二期末)下列關于電磁波的說法正確的是(

)A.麥克斯韋用實驗驗證了“變化的電場產生磁場”,并證實了電磁波的存在B.醫(yī)院里常用X射線照射病房和手術室進行消毒C.紅外線、X射線、γ射線中紅外線的波長最長D.電磁波的傳播需要介質,其在介質中的傳播速度等于光速C1234解析

麥克斯韋提出了電磁場理論,赫茲通