高中物理 第十四章 电磁波 第4节 电磁波与信息化社会 第5节 电磁波谱学案 新人教版选修34
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1 14.4 电磁波与信息化社会
14.5 电磁波谱
学 习 目 标 知 识 脉 络
1.了解电磁波在电视、雷达和移动电话中的应用．
2．能说出电磁波谱的组成，知道光是电磁波．(重点)
3．能说出电磁波谱各波段的特性和主要用途．(难点)
电磁波与信息化社会
[先填空]
1．电磁波与信息的传递
可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输．电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大．
2．电磁波的应用实例
(1)电视广播的发射和接收过程
摄像管：摄取景物的图象并将其转换为电信号
⇓
调制和发射
⇓
天线接收高频信号，调谐，解调
⇓
显像管：还原出与摄像管屏上相同的图象
(2)雷达的工作原理
雷达利用微波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置，根据发射无线电波到接收反射波的时间t，确定障碍物的距离s＝ct2，再根据发射无线电波的方向和仰角，可以确定障碍物的位置．
(3)移动电话、因特网也是利用电磁波来传输信息的．
[再判断] 2 1．高频电磁波是信息传送的载体．(√)
2．雷达是利用微波定位的．(√)
3．电视机是一种发射电磁波的装置．(×)
[后思考]
1．不同频率的电磁波在真空中的传播速度相同吗？
【提示】 相同．都等于3.0×108 m/s.
2．不同频率的电磁波在同一种介质中的传播速度是否相同？
【提示】 不同．频率越大，速度越小．
[核心点击]
1. 雷达的原理与构造
雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成．
2．雷达的优点
雷达利用的电磁波在微波波段，因为波长越短，传播的直线性越好，方向性越好，反射性越强．雷达每隔万分之—秒向某一方向发射一次时间约为百万分之一秒的不连续的微波，微波遇到障碍物反射回来，这样可在显示器的荧光屏上呈现发射和接收的两个尖形波，通过计算可得到障碍物到雷达站的距离，再根据发射微波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置了．
3．使雷达测到更远处的物体的方法
(1)增大雷达发射微波的能量．
(2)使雷达发射不连续的微波的时间间隔增大．
1．一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图象如图1441，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是________.
图1441 3 【答案】 4.5×105 m
2．某高速公路自动测速仪装置如图1442甲所示，雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波，每次发射时间为10－6 s，相邻两次发射时间间隔为t.当雷达向汽车发射无线电波时，在显示屏上呈现一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在显示屏上呈现第二个尖波形．根据两个波形的距离，可以计算出汽车距雷达的距离，根据自动打下的纸带(如图1442乙所示)，可求出车速．请根据t1、t2、t、c求出汽车车速的表达式．
图1442
【答案】 v＝ct1－t22t
雷达侦察问题的解决方法
1．电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离．
2．根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置．
3．雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半．
电磁波谱
[先填空]
1．概念
按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱．
2．电磁波谱的排列
按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
3．不同电磁波的特点及应用
特点 用途
无线电波 波动性强 通讯、广播、导航 4 红外线 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导
可见光 感光性强 照明、照相等
紫外线 化学作用
荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗
γ射线 穿透力最强 探测、治疗
4.电磁波的能量
各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质．
5．太阳辐射的特点
太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，在眼睛最敏感的黄绿光附近，辐射的能量最强．
[再判断]
1．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．(√)
2．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高．(√)
3．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射．(×)
[后思考]
1．为什么超远程无线电利用无线电波中的长波波段，而雷达利用微波波段？
【提示】 根据波的衍射特性，波长越长，越容易绕过障碍物，所以超远程无线电利用长波波段．微波波长短，传播时直线性好，雷达正是利用了微波直线传播性好的特点．
2.红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温，如图1443所示，你知道它的工作原理吗？
图1443
【提示】 根据体温越高，辐射红外线越强的原理．
[核心点击]
1．电磁波的共性 5 (1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义．
(2)都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s.
(3)它们的传播都不需要介质．
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性．
2．电磁波的个性
(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强．
(2)同频率的电磁波，在不同介质中速度不同．不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小．
(3)产生机理不同
无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生
红外线、可见光和紫外线 原子的外层电子受激发后产生
X射线 原子的内层电子受激发后产生
γ射线 原子核受激发后产生
(4)用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，γ射线检查金属部件的缺陷等．
3．无线电波的中波波长范围为200～3 000 m．求该波段的频率范围．
【答案】 1.0×105～1.5×106 Hz
4．下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上.
(1)X光机，________.
(2)紫外线灯，________.
(3)用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________．
A．光的全反射
B．紫外线具有很强的荧光作用
C．紫外线具有杀菌消毒作用
D．X射线的很强的贯穿力
E．红外线具有显著的热效应
F．红外线波长较长，易发生衍射
【答案】 (1)D (2)C (3)E
