《2020高中物理 第十四章 電磁波 第5節(jié) 電磁波譜學(xué)案 新人教版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020高中物理 第十四章 電磁波 第5節(jié) 電磁波譜學(xué)案 新人教版選修3-4（11頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第5節(jié)電磁波譜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。2了解不同波長范圍的電磁波的特性以及應(yīng)用。3知道電磁波可以傳遞能量，知道太陽輻射的特點(diǎn)。電磁波譜：把各種電磁波按波長或頻率的大小順序排列起來，就組成了電磁波譜。按照波長從長到短依次排列為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線。不同的電磁波由于具有不同的頻率(波長)，才具有不同的特性。1無線電波波長大于1 mm(頻率小于300 GHz)的電磁波是無線電波，主要用于通信和廣播。2紅外線它是一種光波，它的波長比無線電波短，比可見光長，不能引起人的視覺。所有物體都發(fā)射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強(qiáng)，主要應(yīng)用

2、于加熱、紅外攝影等。3可見光可見光的波長在760 nm到400 nm之間。分為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色。不同顏色的光波長(頻率)不同。4紫外線波長范圍在5 nm到370 nm之間，不能引起人的視覺，紫外線具有較高的能量，因此可以利用紫外線滅菌消毒；許多物質(zhì)在紫外線的照射下會(huì)發(fā)出熒光，根據(jù)這一點(diǎn)可以設(shè)計(jì)防偽措施。5X射線和射線(1)X射線X射線能夠穿透物質(zhì)，可以用來檢查人體內(nèi)部器官；在工業(yè)上，利用X射線檢查金屬零件內(nèi)部的缺陷。(2)射線具有很高的能量，穿透能力更強(qiáng)。主要應(yīng)用有：醫(yī)學(xué)上具有治療癌癥的作用，工業(yè)上具有探測金屬部件內(nèi)部的缺陷。6電磁波傳遞能量電磁波傳遞能量，電磁波是一種物質(zhì)。

3、7太陽輻射太陽輻射中不僅含有可見光，還有無線電波、紅外線、紫外線、X射線、射線，其能量主要集中在可見光、紅外線和紫外線三個(gè)區(qū)域。判一判(1)X射線是電磁波，它由速度較高的電子構(gòu)成。()(2)紫外線在真空中的傳播速度大于可見光在真空中的傳播速度。()(3)可利用紅外線的熒光效應(yīng)辨別人民幣的真?zhèn)巍?)提示：(1)(2)(3)課堂任務(wù)電磁波譜及各種電磁波一、電磁波譜1電磁波譜及介紹無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線合起來便構(gòu)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(頻率由小到大)順序排列的。(1)無線電波波長大于1 mm(頻率小于300 GHz)的電磁波是無線電波。無線電波用

4、于通信、廣播及其他信號(hào)傳輸。廣播電臺(tái)和電視臺(tái)都有發(fā)射無線電波的設(shè)備，許多自然過程也輻射無線電波。如天文學(xué)家用射電望遠(yuǎn)鏡接收天體輻射的無線電波，進(jìn)行天體物理研究。(2)紅外線紅外線是一種光波，它的波長比無線電波短，比可見光長。所有物體都發(fā)射紅外線。熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強(qiáng)。肉眼看不見紅外線，但能夠感受它。寒冷的冬天當(dāng)你在爐旁烤火時(shí)，你的皮膚正在享受紅外線帶來的溫暖。紅外線主要有以下應(yīng)用：人體在發(fā)射紅外線，體溫越高，發(fā)射的紅外線越強(qiáng)。根據(jù)這個(gè)原理，紅外體溫計(jì)不與身體接觸也可以測體溫。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(chǔ)。用靈敏的紅外探測器吸收

5、遠(yuǎn)處物體發(fā)出的紅外線，然后用電子電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可以得知被測對(duì)象的形狀及溫度、濕度等參數(shù)。這就是紅外遙感技術(shù)。利用紅外遙感可以在飛機(jī)或人造地球衛(wèi)星上勘測地?zé)?、尋找水源、監(jiān)視森林火情、預(yù)報(bào)風(fēng)暴和寒潮。紅外遙感在軍事上的應(yīng)用也十分重要。加熱物體：紅外線很容易使物體的溫度升高，如市場上的“遠(yuǎn)紅外烤箱”。(3)可見光可見光的波長在760 nm到400 nm之間，不同顏色的光是波長(頻率)范圍不同的電磁波。天空看起來是藍(lán)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(duì)波長較短的藍(lán)光、紫光比波長較長的紅光、橙光吸收較強(qiáng)的緣故。(4)紫外線紫外線具有較高的能量，足以破壞

6、細(xì)胞核中的物質(zhì)。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(jìn)鈣的吸收，改善身體健康。但過強(qiáng)的紫外線會(huì)傷害眼睛和皮膚。許多物質(zhì)在紫外線的照射下會(huì)發(fā)出熒光，根據(jù)這一點(diǎn)可以設(shè)計(jì)防偽措施。(5)X射線和射線人們用X射線管來產(chǎn)生X射線。X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變。X射線能夠穿透物質(zhì)，可以用來檢查人體內(nèi)部器官。在工業(yè)上，利用X射線檢查金屬零件內(nèi)部的缺陷。機(jī)場、車站等地進(jìn)行安全檢查時(shí)，X射線能輕而易舉地窺見箱內(nèi)的物品?！癈T”是“計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)對(duì)其投影進(jìn)行分析，給出類似于生理切片

7、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。波長最短的電磁輻射是射線，它具有很高的能量。射線能破壞生命物質(zhì)。把這個(gè)特點(diǎn)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，可以摧毀病變的細(xì)胞，用來治療某些癌癥。射線的穿透能力很強(qiáng)，可用于探測金屬部件內(nèi)部的缺陷。2各種電磁波的共性與個(gè)性(1)共性它們?cè)诒举|(zhì)上都是電磁波，它們遵循相同的規(guī)律，各波段之間并沒有絕對(duì)的界線。都遵守公式vf，它們?cè)谡婵罩械膫鞑ニ俣榷际莄3.0108 m/s。它們的傳播都不需要介質(zhì)。它們都具有反射、折射、衍射、干涉和偏振的特性。(2)個(gè)性不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長越長，越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短，穿透能力越強(qiáng)。同頻率的電磁波

8、在不同介質(zhì)中傳播速度不同。不同頻率的電磁波在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率越大，折射率越大，速度越小。用途不同。二、電磁波傳遞能量電磁波是運(yùn)動(dòng)中的電磁場，它可以傳遞能量。微波爐的工作應(yīng)用的是一種電磁波微波。食物中的水分子在微波的作用下熱運(yùn)動(dòng)加劇，溫度升高，內(nèi)能增加。增加的能量是微波傳遞給它的。各種各樣的儀器能夠探測到許許多多電磁波，說明電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)。三、太陽輻射的特點(diǎn)太陽光中含有無線電波、可見光、紅外線、紫外線、X射線、射線。太陽輻射的能量主要集中在可見光、紅外線和紫外線三個(gè)區(qū)域，如圖所示。從圖中可以看到，波長在5.5107 m的黃綠光附近，輻射的能量最強(qiáng)。我們的眼睛正好對(duì)這個(gè)區(qū)

9、域的電磁輻射最敏感。眼睛把太陽在最強(qiáng)輻射區(qū)的輻射作為自己的接收對(duì)象，這樣就能看到最多的東西，獲得最豐富的信息。例關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)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(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體B過強(qiáng)的紫外線照射有利于人的皮膚健康C電磁波譜中頻率最大的為射線，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D紫外線和X射線都可以使感光底片感光(1)醫(yī)學(xué)上常用于透視人體的是哪種射線？為什么？提示：X射線，X射線的穿透本領(lǐng)強(qiáng)。(2)在電磁波中由紅外線到射線，頻率最大的是什么射線？波長最長的是什么射線？提示：射線的頻率最大，紅外線的波長最長。規(guī)范解答X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體，紅外線沒有，A錯(cuò)

10、誤；過強(qiáng)的紫外線照射對(duì)人的皮膚有害，B錯(cuò)誤；電磁波譜中頻率最大的為射線，其波長最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，C錯(cuò)誤。完美答案D電磁波譜相關(guān)問題解題方法(1)熟記各種電磁波的特性及應(yīng)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(qiáng)，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(qiáng)。 2011年3月11日，日本發(fā)生里氏9.0級(jí)地震，地震和地震引發(fā)的海嘯造成大量建筑物倒塌。為了將埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出來，我國及時(shí)派出了救援隊(duì)。救援隊(duì)在救援過程中使用生命探測儀來尋找被壓在廢墟中的大量傷員，這種儀器主要是接收人體發(fā)出的()A可見光 B紅外線 C紫外線 D聲音答案B解析

11、不同溫度的物體會(huì)發(fā)出不同頻率的紅外線，生命探測儀就是根據(jù)人體發(fā)出的紅外線與周圍環(huán)境輻射的紅外線不同而尋找的，B正確。A組：合格性水平訓(xùn)練1(電磁波譜)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BX射線、紅外線、可見光、無線電波CX射線、可見光、紅外線、無線電波D無線電波、可見光、紅外線、X射線答案C解析由cf，得波長越長，頻率越低。根據(jù)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。2(紅外線)紅外夜視鏡在美國對(duì)伊拉克反美武裝力量實(shí)施的夜間打擊中起到重要作用，紅外夜視鏡是利用了()A紅外線波長長，易繞過障礙

12、物的特點(diǎn)B紅外線的熱效應(yīng)強(qiáng)的特點(diǎn)C一切物體都在不停地輻射紅外線的特點(diǎn)D紅外線不可見的特點(diǎn)答案C解析一切物體都在不停地輻射紅外線，而且溫度不同，輻射的紅外線強(qiáng)度不同，可利用紅外線成像進(jìn)行夜間觀察。3(可見光)日出和日落時(shí)太陽看起來特別紅。這是由于()A光的色散 B大氣的全反射C大氣的折射 D紅光的波長大答案D解析太陽初升和西沉?xí)r，陽光通過較厚的空氣層。紫光、藍(lán)光的波長較短，被空氣吸收得較多；而紅光的波長較長，被吸收得最少，直射而來的紅光也就最多，因此，這時(shí)候太陽呈現(xiàn)紅色。4(電磁波譜)太陽表面溫度約為6000 K，主要發(fā)出可見光；人體溫度約為310 K，主要發(fā)出紅外線；宇宙星際間的溫度約為3 K

13、，所發(fā)出的輻射稱為“3 K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(jìn)行“3 K背景輻射”的觀測，應(yīng)該選擇下列哪一個(gè)波段 ()A無線電波 B紫外線CX射線 D射線答案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、射線，由題意知：物體溫度越高，其發(fā)出的電磁波波長越短，宇宙星際間的溫度約為3 K，則其發(fā)出的電磁波的波長應(yīng)在無線電波波段，故A正確。5(各種電磁波的應(yīng)用)下列說法中正確的是()夏天太陽光把地面曬得發(fā)熱是因?yàn)榭梢姽獾臒嵝?yīng)在各種電磁波中是最強(qiáng)的醫(yī)院里用X射線進(jìn)行人體透視，是因?yàn)樗歉鞣N電磁波中穿透本領(lǐng)最大的科學(xué)家關(guān)注南極臭氧層空洞是

14、因?yàn)樗鼘?duì)動(dòng)植物有害在熱學(xué)中所說的熱輻射就是紅外線輻射A B C D答案D解析熱效應(yīng)最強(qiáng)的是紅外線，熱輻射即紅外線輻射，錯(cuò)誤，正確；穿透本領(lǐng)最強(qiáng)的是射線，錯(cuò)誤；臭氧層能防止紫外線照射到地球上，使地球上的動(dòng)植物免受過強(qiáng)紫外線的傷害，正確，故選D。6(電磁波譜)太陽光通過棱鏡時(shí)，在豎直放置的屏幕上形成如圖所示的光帶(忽略棱鏡對(duì)各色光的吸收)。若將靈敏溫度計(jì)的球部放在屏幕上的MN、NP、PQ區(qū)域時(shí)，在哪個(gè)區(qū)域上升的示數(shù)最大()AMN BNPCPQ D無法確定答案C解析由光的色散可知，從QM各頻段的電磁波依次為紅外線可見光紫外線，由于紅外線的熱作用最強(qiáng)，故選C。7(電磁波譜)(多選)等離子顯示屏是一種以

15、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(gòu)成的屏幕。每個(gè)等離子管的透明玻璃管內(nèi)都充有低壓的氖氙氣體，管的兩端各有一個(gè)電極，在兩個(gè)電極間加上高電壓后，封在管內(nèi)的氣體便產(chǎn)生某種肉眼看不見的射線，它激發(fā)顯示屏上的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見光。每個(gè)等離子管作為一個(gè)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這種射線是紫外線B這種射線是紅外線C該射線使熒光粉發(fā)出可見光是利用了該射線的熒光效應(yīng)D該射線使熒光粉發(fā)出可見光是利用了該射線的化學(xué)作用答案AC解析看不見的射線使熒光粉發(fā)光，這是紫外線的熒光效應(yīng)，所以正確的選項(xiàng)是A、C。8(綜合)家用微波爐是利用微波的電磁

16、能加熱食物的新型灶具，主要由磁控管、波導(dǎo)管、微波加熱器、爐門、直流電源、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、外殼等組成，接通電源后，220 V的交流電經(jīng)變壓器，一方面在次級(jí)產(chǎn)生3.4 V交流電加在磁控管燈絲兩端，另一方面在次級(jí)產(chǎn)生2000 V高壓，經(jīng)整流加到磁控管的陰、陽兩極之間，使磁控管產(chǎn)生頻率為2450 MHz的微波，微波輸送至金屬制成的加熱器(爐腔)，被來回反射，微波的電磁作用使食物內(nèi)分子高頻地振動(dòng)同時(shí)內(nèi)外迅速變熱，并能最大限度地保存食物中的維生素。(1)試計(jì)算變壓器的升壓變壓比；(2)導(dǎo)體可反射微波，絕緣體可使微波透射，而食物通常含有的成分是蛋白質(zhì)、淀粉、水，較易吸收微波能且轉(zhuǎn)換成熱，故在使用微波爐時(shí)

17、應(yīng)注意_。A用金屬容器將食物放入爐內(nèi)加熱B用陶瓷容器將食物放入爐內(nèi)加熱C將微波爐置于磁性材料周圍D將微波爐遠(yuǎn)離磁性材料周圍答案(1)11100(2)BD解析(1)變壓器輸出電壓U22000 V，輸入電壓U1220 V，則有。(2)食物內(nèi)通常含有的成分是蛋白質(zhì)、淀粉、水，易吸收微波而轉(zhuǎn)換成熱；由于導(dǎo)體能反射微波，絕緣體使微波透射，所以應(yīng)用陶瓷容器盛食物，為避免對(duì)磁控管的影響，微波爐應(yīng)遠(yuǎn)離磁性材料。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練9(各種電磁波的應(yīng)用)下列說法正確的是()A只有物體溫度較高時(shí)，才能向外輻射紅外線B紫外線的主要作用是化學(xué)作用和熒光作用C可見光比紅外線容易發(fā)生衍射現(xiàn)象DX射線能在磁場中偏轉(zhuǎn)，穿透力

18、較強(qiáng)，可用來進(jìn)行人體透視答案B解析一切物體都能輻射紅外線，與物體的溫度無關(guān)，A錯(cuò)誤；紫外線的主要作用是化學(xué)作用和熒光作用，B正確；紅外線比可見光波長更長，更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；X射線是電磁波，不帶電，在磁場中不偏轉(zhuǎn)，D錯(cuò)誤。10(各種電磁波及其應(yīng)用)(多選)關(guān)于電磁波的下列說法，正確的是()A可見光實(shí)質(zhì)也是一種電磁波，紅光波長最短B不同波長的電磁波，波長越小其頻率越高C紅外遙感是利用了紅外線波長較長的特點(diǎn)D驗(yàn)鈔機(jī)檢驗(yàn)鈔票真?zhèn)误w現(xiàn)了紫外線的熒光作用EX射線可深入人的骨骼，殺死病變細(xì)胞答案BCD解析在可見光中，紅光波長最長，A錯(cuò)誤；X射線雖然有一定的穿透能力，但不能深入骨骼，E錯(cuò)誤；B、C、

19、D正確。11(各種電磁波的應(yīng)用)(多選)下列說法中正確的是()A紅外線易穿透云層，故廣泛應(yīng)用于遙感技術(shù)領(lǐng)域B醫(yī)院用X光進(jìn)行透視，是因?yàn)樗歉鞣N電磁波中穿透能力最強(qiáng)的C陽光可以曬黑皮膚，主要是陽光中紅外線的作用D電取暖器利用了紅外線的熱作用答案AD解析紅外線衍射明顯，A正確；射線穿透能力最強(qiáng)，B錯(cuò)誤；曬黑皮膚是紫外線的作用，C錯(cuò)誤；紅外線有顯著的熱作用，D正確。12(電磁輻射)過量的電磁輻射對(duì)人體是有害的，按照規(guī)定，工作場所受到的電磁輻射強(qiáng)度(單位時(shí)間垂直單位面積的電磁輻射能量)不得超過某一臨界值W0。已知某一種手機(jī)的電磁輻射功率為P，若手機(jī)的電磁輻射在各個(gè)方向上是均勻的，則符合規(guī)定的安全區(qū)域到

20、手機(jī)的距離至少為()A. B. C. D. 答案A解析設(shè)規(guī)定的安全區(qū)域距離為R，則對(duì)應(yīng)球的面積為S4R2。在t時(shí)間內(nèi)球面獲得的能量為EPt，球面上單位面積t時(shí)間內(nèi)獲得的電磁輻射能量E0，由于工作場所受到的電磁輻射強(qiáng)度(單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的電磁輻射能量)不得超過W0，則W0，所以R ，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。13(電磁波譜)長波的波長范圍為300030000 m，短波的波長范圍為1050 m，則長波的頻率范圍是_，短波的頻率范圍是_。答案10100 kHz630 MHz解析已知長波波長范圍為300003000 m，而波速c3.0108 m/s。由cf可知f1 Hz1105 Hz100

21、kHz。f2 Hz1104 Hz10 kHz，則長波頻率在10100 kHz之間。同理可讀出短波波長在5010 m之間，則頻率范圍在630 MHz之間。14(綜合)尋找馬航失聯(lián)飛機(jī)是全球關(guān)注的熱點(diǎn)，也是各國高科技綜合實(shí)力的體現(xiàn)和展示。搜尋失聯(lián)飛機(jī)的黑匣子主要依靠電磁波技術(shù)和超聲定位(即聲吶)技術(shù)。電磁波是指在空間傳播的交變電磁場，在真空中的傳播速度為3.0108 m/s，無線電波是其中的一種電磁波。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線都是電磁波，它們的產(chǎn)生方式不盡相同，波的長度也不同，把它們按波長順序排列就構(gòu)成了電磁波譜，如圖所示。請(qǐng)根據(jù)上述信息及所學(xué)知識(shí)，結(jié)合電磁波譜圖回答：(1)

22、最早發(fā)現(xiàn)白光(即可見光)可以發(fā)生色散，分解成七種顏色光的物理學(xué)家是_；其中，三原色光中波長最短的是_光。(2)廣播和電視利用電磁波譜中_來傳遞聲音和圖像；飛機(jī)黑匣子發(fā)出的電磁波信號(hào)，在海水中迅速衰減，無法傳播，所以黑匣子必須裝有能發(fā)出_波信號(hào)的裝置與其同時(shí)工作，以便利用聲吶系統(tǒng)尋找海水中的黑匣子位置。(3)請(qǐng)觀察電磁波譜中各種波的波長與頻率的關(guān)系，可以得出初步結(jié)論：_。請(qǐng)進(jìn)一步觀察和計(jì)算電磁波譜中各種波的波長與頻率的關(guān)系，可以得出結(jié)論：_。答案(1)牛頓藍(lán)(2)無線電波聲(3)波的頻率越高，波長越短各種波的頻率與波長成反比(或各種波的頻率與波長乘積相等，且等于光速)解析(1)物理學(xué)家牛頓最早發(fā)現(xiàn)白光(即可見光)可以發(fā)生色散現(xiàn)象；色光的三原色是紅、綠、藍(lán)，三原色光中波長最短的是藍(lán)光。(2)廣播和電視利用電磁波譜中無線電波來傳遞聲音和圖像；飛機(jī)黑匣子發(fā)出的電磁波信號(hào)，在海水中迅速衰減，無法傳播，所以黑匣子必須裝有能發(fā)出聲波信號(hào)的裝置與其同時(shí)工作，以便利用聲吶系統(tǒng)尋找海水中的黑匣子位置。(3)根據(jù)電磁波譜中各種波的波長與頻率的關(guān)系，可以得出：波的頻率越高，波長越短。由cf可得：各種波的頻率與波長成反比(或各種波的頻率與波長乘積相等，且等于光速)。- 11 -