物理人教版选修3-4教材梳理 第十四章 5.电磁波谱 含解析

第4、5节电磁波与信息化社会__电磁波谱一、电磁波与信息化社会 1．电磁波的传输信息可以通过电缆、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：(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，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。

二、电磁波谱 1．概念1.按电磁波的波长由大到小排列顺序：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线。

2．无线电波的特性是波动性强，可用于通讯、广播。

红外线具有较强热效应，可用于遥感、加热等。

可见光具有较强的感光性，可用于照明、照相等。

紫外线具有化学作用和荧光作用，可用于日光灯、杀菌等。

X 射线和γ射线具有较强穿透能力，可用于检查、探测、治疗等。

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1．自主思考——判一判(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。

(×)(4)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。

(√)(5)γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高。

(√)(6)紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射。

(×)2．合作探究——议一议(1)如图14-4-1，中国女航天员王亚平在“天宫一号”为中小学生授课。

思考一下，王亚平授课的视频是怎样传到地面上的？图14-4-1提示：通过电磁波来传递。

(2)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，所以远程无线电利用长波波段。

5 电磁波谱
一览众山小
诱学·导入
材料：不同颜色的光具有不同的频率和波长，但光在真空中的传播速度都为3.0×108 m/s.光可以发生衍射、干涉等波特有的现象.电磁波在真空中的传播速度也是3.0×108 m/s.无线电波是电磁波，其波长范围为几十千米到几毫米，光波也是电磁波，其波长不到1微米，可见，电磁波是一个很大的家族，作用于我们的眼睛并能引起视觉反应的部分，只是电磁波中很窄的波段，叫可见光.在可见光范围外还存在大量的不可见光线，如红外线、紫外线、伦琴射线等.
问题：不同频率电磁波有什么不同呢？
导入:电磁波的频率很广泛，对应的波长范围很广阔，这些不同波长的电磁波有不同的用途，本节将研究电磁波这个大家族中不同波长的波的用途及命名，如无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.并进一步了解电磁波的能量和太阳辐射的知识.
温故·知新
1.说出红光到紫光的波长范围，试说明光谱是怎样形成的？
答：700—400 nm；各种色光按其波长的有序排列，就是光谱.
2.电磁波是怎样产生的？
答：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播.
第1页共1页。

电磁波谱疱丁巧解牛知识·巧学一、电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱.如图14-5-1所示是按波长由大到小（频率由小到大）顺序排列的.图14-5-1 电磁波谱深化升华从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长（或频率）不同又表现出不同的特点.二、无线电波波长大于1 mm（频率小于300 GHz）的电磁波是无线电波.无线电波用于通信和广播.三、红外线红外线的波长比红光的波长还长，不是可见光，不能引起人的视觉.一切物体（不管大小、也无论是否有生命），凡是由分子、原子等微粒构成的物体都在不停地辐射红外线.物体温度越高，辐射红外线的本领越强.红外线有以下主要作用：1.红外线遥感：勘测地热、寻找水源、人体检查等.2.红外线遥控：家用电器配套的遥控器发出红外线脉冲信号，受控机器就会按指令改变工作状态.3.加热物体：红外线很容易使物体的温度升高，如市场上的“远红外烤箱”.四、可见光可见光的波长在700 nm到400 nm之间，不同颜色的光是波长（频率）范围不同的电磁波.序号红橙黄绿蓝—靛紫真空中的700—620 620—600 600—580 580—490 490—450 450—400 波长λ/nm的可见光颜色不同，频率最高(波长最短)的是紫光，频率最低(波长最长)的是红光.天空看起来是蓝色的，是由于波长较短的光比波长较长的光更容易被散射，傍晚的阳光比较红，是由于大气对波长较短的蓝光、紫光比波长较长的红光、橙光吸收较强的缘故. 深化升华光不仅是波，而且是电磁波，光在真空中的传播速度与电磁波的传播速度相等，光一定不是机械波，因为机械波在真空中不能传播.五、紫外线紫外线不是可见光，其波长比紫光还短，波长范围为5 nm到370 nm之间.一切高温物体发出的光中都含有紫外线，紫外线的主要应用是其化学作用，它能促使人体合成维生素D，但不能过多照射；能杀死多种细菌，具有消毒功能.六、X射线和γ射线X射线和γ射线的波长比紫外线都短.X射线对生命物质有较强的作用，过量的照射会引起生物体的病变.X射线能够穿透物质，可以用于人体透视；检查金属零件内部的缺陷等.γ射线具有很高的能量，在医学上可以用来治疗癌症、探测金属部件内部的缺陷.深化升华电磁波家庭中各个成员之间既有统一性，又表现出多样性.它们本质上都是电磁波，都具有电磁波的一切性质；但它们的频率和波长各不相同.频率低的无线电波由于波长较长，较容易发生干涉和衍射现象，而频率高的X射线、γ射线，穿透能力较强.七、电磁波的能量从场的观点来看电场具有电能，磁场具有磁能，电磁场具有电磁能.电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.电磁波在空间传播，电磁能就随着一起传播.用微波炉加热食物，在收音机的天线里可以感应出电流，这都证明了电磁波具有能量.因此，电磁波是物质存在的一种形式，具有物质性.八、太阳辐射太阳光中含有可见光、无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线.太阳辐射的能量主要集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，如图14-5-2所示.图14-5-2 太阳辐射的能量大部分集中在可见光及附近的区域典题·热题知识点一电磁波的排列例1北京广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光（可见光）、人体透视用的X光，都是电磁波.它们的频率分别为f1、f2、f3、f4.则( ) A.f1＞f2＞f3＞f4 B.f1＜f2＜f3＞f4C.f1＜f2＜f3＜f4D.f1＞f2＞f3＜f4解析：从电磁波谱的排序来分析，“中波”段某套节目的信号（无线电波）和微波都在红外区，其中无线电波是人工制造自由电子振荡产生的电磁波，波长最长，频率最低，激光是可见光.X光在紫外区，波长短，频率最高.C项正确.答案：C方法归纳理解电磁波谱中各波段电磁波的特点和作用，结合实际生活中的具体应用.知识点二电磁波具有能量例2下列能说明电磁波具有能量的依据是( )A.可见光射入人的眼睛，人看到物体B.放在红外线区域的温度计升温很快C.收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振D.γ射线具有很强的贯穿能力解析：A项，人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量.B项，红外线具有热作用，说明红外线具有能量.C项，电谐振在调谐电路中的感应电流的能量来源于空中的无线电波.D 项，γ射线的贯穿能力说明γ射线具有很高的能量.答案：ABCD例3关于电磁波的传播，下列说法正确的是（）A.真空中传播速度都等于光速B.波长较长的波绕过障碍物的能力强C.波长较长的波贯穿障碍物的能力强D.波长较短的波能量大，穿透能力强解析：电磁波在真空中以光速传播，波长长的波，绕过障碍物的能力较强，但其贯穿能力差，波长越短，能量越大，穿透能力越强，故正确选项为A、B、D.答案：ABD知识点三电磁波的应用例4许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，错误的是( )A.紫外验钞机是利用紫外线的化学作用B.X光透视利用的是光的衍射现象C.工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强穿透能力D.红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象解析：紫外验钞机是利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光文字，发出可见光，使这些文字能被肉眼看到，利用了紫外线的荧光效应，A项错误.X射线具有极强的穿透能力，在医学上用它来透视人体，检查病变和骨折情况，B项错误.γ射线具有较强穿透能力，工业上的金属探伤就是利用的这个原理，C项正确.一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用的这个原理，D项正确.答案：CD巧解提示本题也可从选项入手，紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应，A项错误.X透射不可能是利用光的衍射现象，因为这样无法研究人体的内脏器官，B项错误.工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强穿透能力，C项正确.正是由于一切物体都不停地辐射红外线的现象，我们才能利用红外线进行遥感，D项正确.例5下列说法正确的是（）A.只有物体温度较高时，才能向外辐射红外线B.紫外线的主要作用是化学作用C.可见光比红外线容易发生衍射现象D.X射线也能在磁场中偏转解析：一切物体都在向外辐射红外线，A项错误.紫外线的主要作用是化学作用，B项正确.可见光比红外线的波长短，所以红外线较容易发生衍射现象，C项错误.X射线属于电磁波中的一部分，不带电，所以X射线不能在磁场中偏转，D项错误.答案：B误区警示自然界中的一切物体都在向外辐射红外线，温度高的物体所辐射的红外线强，而温度低的物体所辐射的红外线弱，所以并非只有温度高的物体向外辐射红外线.知识点四电磁波具有波的性质例6一种电磁波入射到半径为1 m的孔上，可发生明显的衍射现象.这种波属于电磁波谱的区域是( )A.γ射线B.可见光C.无线电波D.紫外线解析：由物体能发生明显衍射现象的条件：小孔的宽度和障碍物的尺寸与波长相差不太大，则这种电磁波的波长大约为1 m，应为无线电波的区域，C项正确.答案：C方法归纳电磁波谱中各波段电磁波的特点和作用，结合波能发生明显的衍射现象的条件，是解决本题的关键.问题·探究交流讨论探究问题电磁波为人类物质文明的发展和社会进步作出了巨大的贡献，也给我们的生活带来了极大的方便和无穷的乐趣，随着电磁波应用的日益广泛，它对人体的危害也被人们逐渐认识.电磁波无色、无味、无形、无踪、无所不至，对人体的危害常常被人们所忽视，科学家们称为“隐形杀手”，电磁波是继大气污染、水污染、噪音污染之后的第四大污染，电磁波对人体有哪些危害呢？探究过程:张敏：电磁波对人体的危害随着电磁辐射强度、频率及累积时间的增大而增大.长期处在强电磁波充斥的环境中，人会出现头晕、失眠、易疲劳、记忆力减退、嗜睡、乏力等症状.强电磁辐射对人体的心血管系统、中枢神经系统、视觉系统、内分泌系统、生殖系统等都会造成不同程度的危害.刘涛：较强的红外线会对皮肤造成高温伤害.波长为770—1 300 nm的红外线可造成视网膜伤害；波长在1 900 nm以上的红外线会造成角膜烧伤；人眼若长期暴露在红外线下，可能会导致白内障.王小红：紫外线也会对人的眼角膜和皮肤造成伤害.X射线会破坏细胞的内部结构，过强的X射线甚至会破坏DNA，诱发某些癌细胞.肖明：我们身边的电磁辐射主要来源于：计算机、移动电话、电视机、空调机、电冰箱、微波炉、电热毯、高压电线、X射线发生器、激光发射器等.电磁波对人体的危害，我们既不能掉以轻心，也无须过度恐慌，而是应该尽量避开一些不必要的电磁辐射对自己的伤害. 探究结论:电磁波对人体的危害随着电磁辐射强度、频率及累积时间的增大而增大.长期处在强电磁波充斥的环境中，人会出现头晕、失眠、易疲劳、记忆力减退、嗜睡、乏力等症状.较强的红外线会对皮肤造成高温伤害和眼底视网膜伤害.紫外线也会对人的眼角膜和皮肤造成伤害.X射线会破坏细胞的内部结构，过强的X射线甚至会破坏DNA，诱发某些癌细胞. 实验论证探究问题自制收音机进行无线电波的接收.探究过程:实验原理：根据收音机调谐电路，制作一个简单的收音机接收装置（图14-5-3）.图14-5-3 晶体二极管收音机实验器材：线圈，电容器，调谐电容，二极管，耳机，导线等.实验过程：（1）通过旋转调谐电容器的动片，改变接收回路的固有频率，调谐选台.（2）收音机从接收短波改为接收中波，要改换线圈，以改变电感大小.探究结论:能接收到电磁波，有声音，但杂音很多.。

本章整合知识建构专题应用专题一电磁振荡的三个“两”电磁振荡在近年来的高考中出现的频率较高。

学习中若能抓住三个“两”，就可把握好本章的知识要点，从而使知识系统化。

1．两类物理量考题大部分是围绕某些物理量在电磁振荡中的变化规律而设计的，因此，分析各物理量的变化规律就显得尤为重要。

这些物理量可分为两类：一类是电流(i)。

振荡电流i在电感线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ和磁场能E磁具有与之相同的变化规律。

另一类是电压(u)。

电容器极板上所带的电荷量q、两极板间的场强E、电场能E电、线圈的自感电动势E自的变化规律与u相同。

电流i和电压u的变化不同步，规律如图所示。

2．两个过程电磁振荡过程按电容器的电荷量变化可分为充、放电过程，当电容器的电荷量增加时为充电过程，这个过程中电路的电流减小；电荷量减少时为放电过程，这个过程中电路的电流增大，变化如图。

在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理量取特殊值(零或最大值)。

3．两类初始条件如图中的电路甲和乙，表示了电磁振荡的两类不同初始条件。

图甲中开关S 从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始放电，图乙中开关S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始充电，学习中应注意区分这两类初始条件，否则会得出相反的结论。

【专题训练1】如图电路中，L是电阻不计的电感器，C是电容器，闭合开关S，等电路达到稳定状态后，再断开开关S，LC电路中将产生电磁振荡，如果规定L中的电流方向从a到b为正方向，断开开关时刻为t＝0，那么四个图中能正确表示电感中的电流方向i随时间t变化规律的是( )。

专题二电磁波的传播与应用电磁波的传播不需要介质，各种频率的电磁波在真空中的传播速度都相同，在介质中的传播速度与频率有关。

电磁波常用于无线电广播、电视的信号发送，还应用于雷达来执行多种任务。

理解电磁波的传播原理，将其等效为匀速直线运动是解决此类问题的基础。

【专题训练2】目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内，下列关于雷达和电磁波的说法不正确的是( )。

互动课堂疏导引导1.电磁波谱电磁波谱的频度范围非常宽,其中最长的电磁波波长是最短的1021倍以上.不同的电磁波产生的机理不同,可见光是电磁波谱中相当狭小的一部分,并且不同的色光具有不同的频率,即光的颜色是由光的频率决定的.电磁波按波长由大到小的顺序排列为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线(又称伦琴射线)、γ射线,它们产生的机理、特点见下表.2.电磁波的共性和区别把各种电磁波按照频率从小到大(波长从大到小)的顺序排列起来就形成了电磁波谱.各种频率的电磁波之间有相同之处,也有相异之处.(1)相同之处①都有共同的电磁本性.②都具有波的性质,会反射、折射,也会产生干涉、衍射等现象.另外,它们在真空中的波速都相等.(2)相异之处①由于不同的电磁波波长不同,发生干涉和衍射现象的难易程度也不同.波长越短的电磁波,越不容易得到明显的衍射现象,也不容易得到干涉现象.②不同的电磁波,其性质和应用范围也不同.红外线的主要性质是热效应,应用于加热和遥感技术;紫外线的主要性质是化学效应,应用于消毒杀菌;伦琴射线穿透能力强,应用于透视和检查金属部件的缺陷.③不同频率的电磁波在同种介质中的传播速度也不同.光波在同种透明介质中传播时,频率越高传播速度越低.活学巧用1.下列说法正确的是( )A.麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性B.红外线的显著作用是热作用,紫外线最显著的作用是化学作用C.X射线的穿透本领比γ射线更强D.X射线与γ射线的产生机理不同,因此它们的频率范围界线分明,不可能重叠思路解析:麦克斯韦提出了光的电磁说,赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性.X射线是原子的内层电子受激发而产生的,γ射线是原子核受激发而产生的,产生机理确实不同,但X射线和γ射线都有一个较大的频率范围,较高频率的X射线与较低频率的γ射线产生了重叠,其他相邻电磁波间也存在重叠.答案:B2.一种电磁波入射到半径为1 m 的孔上,可发生明显的衍射现象,这种波属于电磁波谱的哪个区域( )A.可见光B.γ射线C.无线电波D.紫外线思路解析:一种波发生明显衍射现象的条件是:障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小.电磁波中的无线电波波长是104m—10-2m,红外线波长是10-2m—10-3m,可见光、紫外线、γ射线的波长更短,所以只有无线电波才符合条件.答案:C3.下列各组电磁波,其衍射能力由弱到强的排列顺序正确的是( )A.红外线、可见光、紫外线、γ射线B.γ射线、可见光、红外线、无线电波C.可见光、红外线、伦琴射线、γ射线D.伦琴射线、紫外线、可见光、红外线思路解析:波长越长,衍射能力越强;波长越短,衍射能力越弱.在电磁波谱中,按波长由大到小电磁波的排列顺序为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.。

第十四章电磁波14.1 电磁波的发现一、电磁场和电磁波1．麦克斯韦电磁理论的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场。

(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场注意：变化的磁场产生的电场,叫感应电场或涡流电场,它的电场线是闭合的;静电荷周围产生的电场叫静电场,它的电场线由正电荷起到负电荷止,是不闭合的。

二、电磁波的产生机理1．电磁场变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场。

2．电磁波(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。

(2)电磁波的特点：①电磁波在空间传播不需要介质；在真空中，电磁波的传播速度与光速相同：即 v真空= c ＝ 3.0×108m/s 光是一种电磁波②电磁波是横波，在空间传播时任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直且E和B随时间做正弦规律变化。

③电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象,电磁波与物质相互作用时,能发生反射、吸收、折射等现象,电磁波也是传播能量的一种形式。

④相邻两个波峰(或波谷)之间的距离等于电磁波的波长,一个周期的时间,电磁波传播一个波长的距离。

⑤电磁波的频率为电磁振荡的频率,由波源决定,与介质无关。

(3)电磁波的波速、波长与频率的关系:v=λf，λ=vf。

注意：①同一种电磁波在不同介质中传播时,频率不变(频率由波源决定),波速、(n为介质对电磁波的折射率),在介质中的速波长发生改变,在介质中的速度为v=cn度都比在真空中的速度小.②不同电磁波在同一种介质中传播时,传播速度不同,频率越高波速越小,频率越低波速越大.三、赫兹的电火花一发现了电磁波1.赫兹实验赫兹观察到:当感应圈的两个金属球间有火花跳过时,导线环两个小球间也跳过火花。

据此实验,赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。

2.赫兹的其他成果赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c,证实了麦克斯韦关于光的电理论。

姓名，年级：时间：5。

电磁波谱基础巩固1关于电磁波谱,下列说法正确的是(）A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B.红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的C。

X射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的D.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线解析：波长越长的无线电波波动性越显著,干涉、衍射现象易发生；从电磁波产生的机理可知γ射线是原子核受激发后产生的；不论物体温度高低如何都能辐射红外线,物体的温度越高，它辐射的红外线越强。

答案：AB2关于红外线的作用与来源，下列说法正确的是(）A.一切物体都在不停地辐射红外线B.红外线具有很强的热作用和荧光作用C。

红外线的显著作用是化学作用D.红外线容易穿透云雾解析：荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途,红外线波长较可见光长,绕过障碍物能力强,易穿透云雾。

答案：AD3下列关于紫外线的几种说法正确的是(）A.紫外线是一种紫色的可见光B。

紫外线的频率比红外线的频率低C.紫外线可使钞票上的荧光物质发光D。

利用紫外线可以进行电视机等电器的遥控解析：紫外线波长比可见光中紫光的波长还短，不能引起视觉，是不可见光，其频率比可见光及红外线都要高;紫外线有荧光作用,钞票上的荧光物质受到紫外线照射时，能发出荧光，故选项A、B错误，选项C正确。

电视机等电器都是利用红外线遥控的，故选项D错误。

答案：C4下列关于电磁波谱的说法正确的是(）A。

夏天太阳把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的B.验钞机验钞票真伪体现了红外线的荧光效应C。

利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达与目标的距离D.相同条件下，电磁波谱中最难发生衍射的是X射线答案：C5下列说法符合实际的是（）A.在医院里常用X射线对病房和手术室消毒B.医院里常用紫外线对病房和手术室消毒C.在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力D。

在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力解析:紫外线具有杀菌、消毒的作用，X射线穿透能力较强,因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒,用X射线透视人体；在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强，容易透过云雾烟尘，因而用波长较长的红外线。