第4章 二、电磁波谱
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二、电磁波谱
学 习 目 标 知 识 脉 络
1.掌握波长、频率和波速的关系．(重点)
2．知道电磁波在真空中的传播速度等于光速．(重点)
3．掌握电磁波谱的组成．(重点)
4．知道电磁波谱各波段的特点及应用．(难点)
[自 主 预 习·探 新 知]
[知识梳理]
一、波长、频率和波速
1．概念
(1)在波的传播中，凸起的最高处，叫做波峰．凹下的最低处叫做波谷．相邻的两个波峰(或波谷)的距离叫波长．
(2)在一秒内所通过波峰或波谷的次数叫波的频率.
(3)波的传播快慢用波速来表示．
2．波长、频率和波速的关系
波长、频率和波速三者的关系是：波速＝波长×频率．
3．若电磁波的波长、频率、波速分别为λ、f、c，则c＝f_λ.电磁波在真空中传播的速度为c，其值为3.0×108 m/s.
二、电磁波谱
1．电磁波谱
(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，叫做电磁波谱．不同的电磁波由于具有不同的频率(或波长)，才具有不同的特性．
(2)无线电波：波长大于1_mm的电磁波：用于通信和广播．
(3)红外线：红外线是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长，所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强． (4)可见光：不同颜色的光是波长(或频率)范围不同的电磁波．傍晚的太阳颜色发红，是因为傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时，蓝光、紫光大部分被散射掉了，剩下的红光、橙光透过大气层射入我们的眼睛．
(5)紫外线：人眼看不到比紫光波长更短的电磁波，紫外线有较高的能量，因此可用来灭菌消毒，在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光．
(6)X射线和γ射线：比紫外线更短的电磁波
X射线具有穿透作用，可以用于人体透视，也可以检查金属部件内部有无缺陷．
γ射线具有更强的穿透作用，可以在医学上用来治疗癌症，也可以检查金属部件的缺陷．
2．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式．
微波炉的工作应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下剧烈运动，内能增加，温度升高．
3．太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内，波长在黄绿光附近，辐射的能量最强．
[基础自测]
1．思考判断
(1)波在传播过程中，频率不变．(√)
(2)电磁波在真空中的速度最大，其值为3.0×108 m/s.(√)
(3)电磁波的速度一定是3.0×108 m/s.(×)
(4)红外线的波长大于紫外线的波长．(√)
(5)紫外线可以用来灭菌消毒．(√)
(6)验钞机发出的是红外线．(×)
2．电磁波在真空中传播的速度v是3.00×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个台发射的电磁波的波长λ为( )
A．2.70 m B．270 m
C．3.00 m D．3.33 m
D [根据λ＝cf得，λ＝3.00×10890.0×106 m＝3.33 m．]
5．我国进行第三次大熊猫普查时，首次使用了全球卫星定位系统和RS卫星红外遥感技术，详细调查了珍稀动物大熊猫的种群、数量、栖息地周边情况等，红外遥感利用了红外线的( )
A．热效应 B．相干性 C．反射性能好 D．波长较长，易衍射
D [红外线的波长较长，衍射现象明显，容易穿透云雾、烟尘，因此被广泛应用于红外遥感和红外高空摄影，故选项D对．]
4．如图4-2-1所示的球形容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太阳光的照射下，地面呈现的是圆形黑影，在黑影中放一支温度计，可发现温度计显示的温度明显上升，则由此可断定( )
图4-2-1
A．含碘的二硫化碳溶液对于可见光是透明的
B．含碘的二硫化碳溶液对于紫外线是不透明的
C．含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的
D．含碘的二硫化碳溶液对于红外线是不透明的
C [地面呈现的是圆形黑影，说明可见光不能穿透；在黑影中放一支温度计，发现温度计显示的温度明显上升，说明红外线能够穿透．]
[合 作 探 究·攻 重 难]
对波长、波速、频率的理解
1.描述波的物理量
波长(λ)、频率(f)、波速(v)．
2．波长、频率与波速之间的关系
波速＝波长×频率，即v＝λf.
(1)频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关．所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小．
(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同．
(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c.
波长为0.6 μm的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？它的频率是多少？
思路点拨：波速公式c＝λf，c为光速，λ为光波的波长，f为光波的频率．
【解析】 由速度公式v＝xt可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式c＝λf可得频率， 其中t＝xc＝103×108 s＝3.33×10－8 s
由c＝λf得f＝cλ＝3×1086×10－7 Hz＝5×1014 Hz.
【答案】 3.33×10－8 s 5×1014 Hz
[针对训练]
1．在真空中传播的波长为15 m的电磁波，进入某一介质中传播时，若传播速度为2×108 m/s，该电磁波在介质中的波长是多少？
【导学号：41942113】
[解析] 在真空中传播速度
c＝3×108 m/s
由c＝λf知该电磁波的频率
f＝cλ＝3×10815 Hz＝2×107 Hz
在介质中，频率不变，设波长为λ′，
由v＝λ′f得λ′＝vf＝2×1082×107 m＝10 m.
[答案] 10 m
电磁波谱的理解及应用
1.电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表．顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．它们共同构成了范围广阔的电磁波谱．
2．电磁波谱中各种波段的特征用途比较如下表：
电磁
波谱 无线
电波 红外线 可见
光 紫外线 伦琴
射线 γ射线
特性 波动
性强 热作
用强 感光
性强 化学作用
荧光效应 穿透
力大 穿透力
最强
用途 通信广
播、导航 加热、遥 照明、照相等 杀菌消毒、治疗检查、探 探测、
治疗 测遥感、红外摄像、红外制导 皮肤病等 测、透视、
治疗
产生
机理 振荡电路中自由电子的周期性运动 原子外层电子受到激发 原子内层电子受到激发 原子核
受激发
说明 振荡电路中产生 一切物体都能辐射 由七种色光组成 一切高温物体都能辐射 伦琴射线管中高速电子流射至阳极产生 放射性元素衰变时产生
递变规律 ――――――――――――→
频率变大，衍射能力减弱
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)理疗医用“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作用
【解析】 (1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，选择选项D.
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择选项C.
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择选项E.
【答案】 (1)D (2)C (3)E
[针对训练]
2．近来军事行动中，士兵都配戴“红外夜视仪”，以便在夜间也能清楚地看清目标，这主要是因为( )
A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体
B．一切物体均不停地辐射红外线
C．一切高温物体不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出γ射线，放射性物体受到激发而发出红外线
B [一切物体都不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同．采用红外线接收器，可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，而且不受白天和夜晚的影响．故选B.]
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
A．电视遥控器利用的是红外线
B．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
C．利用紫外线的荧光效应可做防伪标识
D．γ射线波长比X射线波长短
ACD [由于红外线波长较长，容易发生衍射，所以电视遥控器利用了红外线，A正确；紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，也可以用来验钞，所以医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，B错误，C正确；γ射线波长比X射线波长短，D正确．]
2．我国进行第三次大熊猫普查时，首次使用了全球卫星定位系统和RS卫星红外遥感技术，详细调查了珍稀动物大熊猫的种群、数量、栖息地周边情况等，红外遥感利用了红外线的( )
A．热效应 B．相干性
C．反射性能好 D．波长较长，易衍射
D [红外线的波长较长，衍射现象明显，容易穿透云雾、烟尘，因此被广泛应用于红外遥感和红外高空摄影，故选项D对．] 3．具有NFC(近距离无线通讯技术)功能的两只手机在间距小于10 cm时可以通过________波直接传输信息，其载波频率为1.5×107 Hz，载波的传播速度为3.0×108 m/s，则该载波的波长为________ m.
[解析] 英国物理学家麦克斯韦的电磁场理论告诉我们：变化的磁场能产生电场，从而产生电磁波．空气中电磁波的传播近似等于光速c，由波速公式c＝λf得波长λ＝cf＝3×1081.5×107 m＝20 m.
[答案] 电磁 20
