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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第四章 电磁振荡与电磁波4 电磁波谱教学设计及反思
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第四章 电磁振荡与电磁波4 电磁波谱教学设计及反思，共11页。教案主要包含了物理观念，科学思维，科学探究，科学态度与责任，教学重点，教学难点，引入新课，进行新课等内容，欢迎下载使用。
本节内容是在学习了电磁波的产生，发射及接收原理的基础上，通过学习电磁波谱，知道电磁波谱是按照电磁波频率的高低进行排列的，通过学习本节内容，知道电磁波随着频率的升高其能量及波长的变化规律，同时也要清楚红外线及紫外线的特点及其在现实生活中的应用。
【物理观念】了解什么是电磁波谱，知道各种可见光和不可见光与无线电波一样，也是电磁波。了解不同波长(或频率)范围的电磁波的特性以及应用。
【科学思维】了解电磁波谱中各波段的主要特性和在科技、经济、社会发展中的应用
【科学探究】体会电磁波的应用对现代社会的影响,明确不同的电磁波具有的不同用途和危害。引发学生对波动现象的好奇心。
【科学态度与责任】引导和培养学生仔细观察实验现象并尝试归纳现象的学习习惯，激发学生勇于探索的积极性。了解寻找地外文明的主要历史和当前的进展，激发学生探索地外未知生命的热情，增加求知欲。
【教学重点】电磁波的组成，分波段解释无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特点与应用
【教学难点】无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特点与应用
【引入新课】
想一想：
太空中的太阳动力学观测台（SDO）
可以拍摄到紫外线波段的太阳图像。通过这些图像可以观察到被可见光模糊或者遮挡
的日冕等太阳活动。对比波长为 211 nm 的紫外线和可见光的图像可以看出，它与我
们常见的太阳大不相同。除了可见光和紫外线，你还知道太阳
能发出哪些波段的电磁波吗？
【进行新课】
探究点一、 电磁波谱
电磁波谱：按电磁波的波长或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱
由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱
探究点二、 无线电波
无线电波的特点概念：
特点：λ大于1mm（f小于300000MHz）， λ较长。
应用：无线电技术（长、中短波用于发送广播信号。）（微波用于发送电视信号和微波炉。）
特性：无线电技术
无线电波的波段分布及其主要用途（根据：波长/频率）
雷达天线（微波）
波长短的电磁波，由于衍射现象不明显，传播的方向性好，有利于用电磁波定位。
射电望远镜
通过接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究。
【做一做】：移动电话经常使用 Wi-Fi 联网，也会用蓝牙传输数据。但是，由于 Wi-Fi 和蓝牙使用了相同频段的无线电波，两者可能互相干扰。请你利用移动电话中的应用程序检查一下，在连接蓝牙鼠标或蓝牙音响后，移动电话的上网速度会不会受到影响。再查一查 Wi-Fi 和蓝牙所使用的电磁波的频率是多少。
探究点三、 红外线
红外线特点：* λ介于无线电波和可见光之间。
* 所有物体都发射红外线。
* 物体的红外辐射跟温度有关。温度越高,发射
的红外线越强。
波长范围：750nm～１×106nm
一切物体都在不停地辐射红外线， 物体温度 越高,辐射的红外线越强. 热辐射----即红外线辐射,热传递方式之一
发现：由英国人赫歇尔于1800年首先发现
特性：热效应
用途：红外摄影、红外线遥感技术
老师引出：
利用红外探测器能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是夜视仪器和红外摄影的基础（图）用灵敏的红外探测器接收远处物体发出的红外线，然后用电子电路对信号进行处理，可以得知被测对象的形状及温度、湿度等参数。这就是红外遥感技术。利用红外遥感技术可以在飞机或人造地球卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮。红外遥感技术在军事上的应用也十分重要。人体也在发射红外线，体温越高，发射的红外线越强。根据这个原理制成的红外体温计不与身体接触也可以测量体温。
用红外触发相机拍摄到 的东北豹 非接触红外测温仪
红外线遥感—红外线在生活中的应用
红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨靠近香港时,中心的风眼清晰可见。
用红外线检测人体的健康状态，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域。
探究点四、可见光
能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波称为可见光。如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光。
波长范围：400nm～760nm
特性：能作用于眼睛并引起视
应用：照明、摄影等
各色光在真空中的波长和频率
【说明】:
可见光在电磁波中是一个很窄的波段
光的颜色是由电磁波的频率决定的。
不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同。
同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变。
在同一介质中，频率越高，波速越小。
【想一想】:
天空为什么是亮的？天空为什么是蓝色的？
天空是亮的，是因为光在大气层中发生了散射。在晴朗的天气里空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质，当太阳光通过空气时太阳光中波长较长的红光、橙光、黄光都能穿透大气层，直接射到地面，而波长较短的蓝、紫、靛等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，从而使光线散射向四方，使天空呈现出蔚蓝色。
海水为什么是蓝色的？
太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成，七色光波长长短不一，从红光到紫光，波长由长渐短，其中波长长的红光、橙光、黄光穿透能力强，最易被水分子所吸收。波长较短的蓝光、紫光穿透能力弱，遇到纯净海水时，最易被散射和反射。又由于人们眼睛对紫光很不敏感，往往视而不见，而对蓝光比较敏感。于是，我们所见到的海洋就呈现出一片蔚蓝色或深蓝色了。
探究点五、紫外线
紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光
波长范围：5nm～370nm
荧光效应
特性： 化学作用
杀菌消毒
发现：由德国物理学家里特于1801年首先发现的
应用：感光技术、医用消毒等
一切高温物体发出的光中，都有紫外线。
注意：红外线与紫外线人眼都是看不到的
里特
利用紫外线的荧光作用检验人民币的真伪 紫外线杀菌
注意：消毒灯、验钞机灯看起来是淡蓝色的。这不是紫外线。紫外线看不见。
【想一想】:
人为什么不能长时间在太阳下暴晒？
紫外线的作用较强，人体适量接受太阳光里的紫外线照射，能促进钙质吸收。但过多地吸收紫外线，会对皮肤和眼睛造成伤害。
探究点六、X 射线和 γ 射线
比X射线波长更短的电磁波，就是γ 射线
波长范围：γ射线：小于10－10m
特性：具有很高的能量，更强的穿透能力
应用：医学治疗γ刀，金属探伤
γ 射线对人体正常细胞有很强的破坏作用，因此有γ 射线可能出现的地方，必须提出警告，严加防护
比X射线波长更短的电磁波，就是γ 射线
波长范围：γ射线：小于10－10m
特性：具有很高的能量，更强的穿透能力
应用：医学治疗γ刀，金属探伤
γ 射线对人体正常细胞有很强的破坏作用，因此有γ 射线可能出现的地方，必须提出警告，严加防护
当心电离辐射
探究点七、STSE-寻找地外文明
人类探索自然奥秘的活动从来没有停止过。20 世纪，“外星人”成了科幻小说的主题之一。1960 年美国国立射电天文台执
行了一项计划：寻找“外星人”。他们使用一台直径 26 m 的射电望远镜，接收 21 cm 波长的无线电信号。宇宙中最多的元素是氢，21 cm 波长是氢原子辐射的波长之一。如果存在着任何智慧生物，他们都会对氢元素作透彻的研究。同年 4 月 8 日，这架射电望远镜开始搜索。遗憾的是，至今没有发现什么有价值的信息。研究人员又在 1972 1975 年用两台直径更大的射电望远镜和更精密的仪器，在同一波段对 660 颗与太阳类似的恒星进行无线电监听，结果仍然没有新的发现。
我国在贵州建造的世界最大的球面射电望远镜 FAST 正在开展对地外文明的探索。除了千方百计接收来自太空的“外星人来电”之外，地球上的人也主动向宇宙发射过几次无线电信号。1974 年 11 月 16 日，设在波多黎各的一个天文台用波长 12.6 cm 的调频电磁波第一次向银河系发送了人类对外星人的问候。时至今日，人们虽然已经发现了太阳系外的行星，但还没有找到地外文明。目前已知的文明星球只有一个 —— 地球。生活在地球上的人们应该更加爱护自己的地球母亲。
人类在1974 年发给外星人的电报的内容
课堂重点知识小结
随堂练习
例1、(多选)在电磁波中，波长按从长到短排列的是( )
A．无线电波、可见光、红外线
B．无线电波、可见光、γ射线
C．红光、黄光、绿光
D．紫外线、X射线、γ射线
【答案】：BCD
【解析】：电磁波谱按波长从长到短的排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X射线→γ射线，由此可知B、C、D选项正确．
例2、（单选）古代也采用过“无线”通信的方式，如利用火光传递信息的烽火台，利用声音传递信号的鼓等，关于声音与光，下列说法中正确的是( )
A．声音和光都是机械波
B．声音和光都是电磁波
C．声音是机械波，光是电磁波
D．声音是电磁波，光是机械波
【答案】 C
【解析】 声音必须在介质中传播，光可以在真空中传播.
例3、（单选）下列有关电磁波的说法中正确的是( )
A．电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波
B．电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线
C．频率接近可见光的电磁波沿直线传播
D．以上说法都不正确
【答案】 B
【解析】 波长越长越容易发生衍射现象．
例4、(多选）下列说法中符合实际的是( )
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
【答案】： BD
【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，所以答案为BD.
本节内容是在学习了电磁波的产生，发射及接收原理的基础上，通过学习电磁波谱，知道电磁波谱是按照电磁波频率的高低进行排列的，通过学习本节内容，知道电磁波随着频率的升高其能量及波长的变化规律，同时也要清楚红外线及紫外线的特点及其在现实生活中的应用。
【物理观念】了解什么是电磁波谱，知道各种可见光和不可见光与无线电波一样，也是电磁波。了解不同波长(或频率)范围的电磁波的特性以及应用。
【科学思维】了解电磁波谱中各波段的主要特性和在科技、经济、社会发展中的应用
【科学探究】体会电磁波的应用对现代社会的影响,明确不同的电磁波具有的不同用途和危害。引发学生对波动现象的好奇心。
【科学态度与责任】引导和培养学生仔细观察实验现象并尝试归纳现象的学习习惯，激发学生勇于探索的积极性。了解寻找地外文明的主要历史和当前的进展，激发学生探索地外未知生命的热情，增加求知欲。
【教学重点】电磁波的组成，分波段解释无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特点与应用
【教学难点】无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特点与应用
【引入新课】
想一想：
太空中的太阳动力学观测台（SDO）
可以拍摄到紫外线波段的太阳图像。通过这些图像可以观察到被可见光模糊或者遮挡
的日冕等太阳活动。对比波长为 211 nm 的紫外线和可见光的图像可以看出，它与我
们常见的太阳大不相同。除了可见光和紫外线，你还知道太阳
能发出哪些波段的电磁波吗？
【进行新课】
探究点一、 电磁波谱
电磁波谱：按电磁波的波长或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱
由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱
探究点二、 无线电波
无线电波的特点概念：
特点：λ大于1mm（f小于300000MHz）， λ较长。
应用：无线电技术（长、中短波用于发送广播信号。）（微波用于发送电视信号和微波炉。）
特性：无线电技术
无线电波的波段分布及其主要用途（根据：波长/频率）
雷达天线（微波）
波长短的电磁波，由于衍射现象不明显，传播的方向性好，有利于用电磁波定位。
射电望远镜
通过接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究。
【做一做】：移动电话经常使用 Wi-Fi 联网，也会用蓝牙传输数据。但是，由于 Wi-Fi 和蓝牙使用了相同频段的无线电波，两者可能互相干扰。请你利用移动电话中的应用程序检查一下，在连接蓝牙鼠标或蓝牙音响后，移动电话的上网速度会不会受到影响。再查一查 Wi-Fi 和蓝牙所使用的电磁波的频率是多少。
探究点三、 红外线
红外线特点：* λ介于无线电波和可见光之间。
* 所有物体都发射红外线。
* 物体的红外辐射跟温度有关。温度越高,发射
的红外线越强。
波长范围：750nm～１×106nm
一切物体都在不停地辐射红外线， 物体温度 越高,辐射的红外线越强. 热辐射----即红外线辐射,热传递方式之一
发现：由英国人赫歇尔于1800年首先发现
特性：热效应
用途：红外摄影、红外线遥感技术
老师引出：
利用红外探测器能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是夜视仪器和红外摄影的基础（图）用灵敏的红外探测器接收远处物体发出的红外线，然后用电子电路对信号进行处理，可以得知被测对象的形状及温度、湿度等参数。这就是红外遥感技术。利用红外遥感技术可以在飞机或人造地球卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮。红外遥感技术在军事上的应用也十分重要。人体也在发射红外线，体温越高，发射的红外线越强。根据这个原理制成的红外体温计不与身体接触也可以测量体温。
用红外触发相机拍摄到 的东北豹 非接触红外测温仪
红外线遥感—红外线在生活中的应用
红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨靠近香港时,中心的风眼清晰可见。
用红外线检测人体的健康状态，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域。
探究点四、可见光
能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波称为可见光。如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光。
波长范围：400nm～760nm
特性：能作用于眼睛并引起视
应用：照明、摄影等
各色光在真空中的波长和频率
【说明】:
可见光在电磁波中是一个很窄的波段
光的颜色是由电磁波的频率决定的。
不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同。
同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变。
在同一介质中，频率越高，波速越小。
【想一想】:
天空为什么是亮的？天空为什么是蓝色的？
天空是亮的，是因为光在大气层中发生了散射。在晴朗的天气里空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质，当太阳光通过空气时太阳光中波长较长的红光、橙光、黄光都能穿透大气层，直接射到地面，而波长较短的蓝、紫、靛等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，从而使光线散射向四方，使天空呈现出蔚蓝色。
海水为什么是蓝色的？
太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成，七色光波长长短不一，从红光到紫光，波长由长渐短，其中波长长的红光、橙光、黄光穿透能力强，最易被水分子所吸收。波长较短的蓝光、紫光穿透能力弱，遇到纯净海水时，最易被散射和反射。又由于人们眼睛对紫光很不敏感，往往视而不见，而对蓝光比较敏感。于是，我们所见到的海洋就呈现出一片蔚蓝色或深蓝色了。
探究点五、紫外线
紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光
波长范围：5nm～370nm
荧光效应
特性： 化学作用
杀菌消毒
发现：由德国物理学家里特于1801年首先发现的
应用：感光技术、医用消毒等
一切高温物体发出的光中，都有紫外线。
注意：红外线与紫外线人眼都是看不到的
里特
利用紫外线的荧光作用检验人民币的真伪 紫外线杀菌
注意：消毒灯、验钞机灯看起来是淡蓝色的。这不是紫外线。紫外线看不见。
【想一想】:
人为什么不能长时间在太阳下暴晒？
紫外线的作用较强，人体适量接受太阳光里的紫外线照射，能促进钙质吸收。但过多地吸收紫外线，会对皮肤和眼睛造成伤害。
探究点六、X 射线和 γ 射线
比X射线波长更短的电磁波，就是γ 射线
波长范围：γ射线：小于10－10m
特性：具有很高的能量，更强的穿透能力
应用：医学治疗γ刀，金属探伤
γ 射线对人体正常细胞有很强的破坏作用，因此有γ 射线可能出现的地方，必须提出警告，严加防护
比X射线波长更短的电磁波，就是γ 射线
波长范围：γ射线：小于10－10m
特性：具有很高的能量，更强的穿透能力
应用：医学治疗γ刀，金属探伤
γ 射线对人体正常细胞有很强的破坏作用，因此有γ 射线可能出现的地方，必须提出警告，严加防护
当心电离辐射
探究点七、STSE-寻找地外文明
人类探索自然奥秘的活动从来没有停止过。20 世纪，“外星人”成了科幻小说的主题之一。1960 年美国国立射电天文台执
行了一项计划：寻找“外星人”。他们使用一台直径 26 m 的射电望远镜，接收 21 cm 波长的无线电信号。宇宙中最多的元素是氢，21 cm 波长是氢原子辐射的波长之一。如果存在着任何智慧生物，他们都会对氢元素作透彻的研究。同年 4 月 8 日，这架射电望远镜开始搜索。遗憾的是，至今没有发现什么有价值的信息。研究人员又在 1972 1975 年用两台直径更大的射电望远镜和更精密的仪器，在同一波段对 660 颗与太阳类似的恒星进行无线电监听，结果仍然没有新的发现。
我国在贵州建造的世界最大的球面射电望远镜 FAST 正在开展对地外文明的探索。除了千方百计接收来自太空的“外星人来电”之外，地球上的人也主动向宇宙发射过几次无线电信号。1974 年 11 月 16 日，设在波多黎各的一个天文台用波长 12.6 cm 的调频电磁波第一次向银河系发送了人类对外星人的问候。时至今日，人们虽然已经发现了太阳系外的行星，但还没有找到地外文明。目前已知的文明星球只有一个 —— 地球。生活在地球上的人们应该更加爱护自己的地球母亲。
人类在1974 年发给外星人的电报的内容
课堂重点知识小结
随堂练习
例1、(多选)在电磁波中，波长按从长到短排列的是( )
A．无线电波、可见光、红外线
B．无线电波、可见光、γ射线
C．红光、黄光、绿光
D．紫外线、X射线、γ射线
【答案】：BCD
【解析】：电磁波谱按波长从长到短的排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X射线→γ射线，由此可知B、C、D选项正确．
例2、（单选）古代也采用过“无线”通信的方式，如利用火光传递信息的烽火台，利用声音传递信号的鼓等，关于声音与光，下列说法中正确的是( )
A．声音和光都是机械波
B．声音和光都是电磁波
C．声音是机械波，光是电磁波
D．声音是电磁波，光是机械波
【答案】 C
【解析】 声音必须在介质中传播，光可以在真空中传播.
例3、（单选）下列有关电磁波的说法中正确的是( )
A．电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波
B．电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线
C．频率接近可见光的电磁波沿直线传播
D．以上说法都不正确
【答案】 B
【解析】 波长越长越容易发生衍射现象．
例4、(多选）下列说法中符合实际的是( )
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
【答案】： BD
【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，所以答案为BD.
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