高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电磁波谱同步训练题

4.电磁波谱

1.电磁波谱：不同电磁波具有不同的波长(频率)，具有不同的特性，电磁波谱就是按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱。

2．无线电波

(1)技术上把波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称作无线电波，并按波长(频率)划分为长波、中波、中短波、短波、微波。

(2)应用：无线电波广泛应用于通信、广播及其他信号传输。

①广播电台、电视台：都有发射无线电波的设备。

②雷达：利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。雷达利用了电磁波遇到障碍物要发生反射的特性。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，因此雷达用的是微波。

③移动电话：将用户的信息转变为高频电信号发射到空中，同时它又捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方送来的信息。

④射电望远镜：接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究。

3．红外线

(1)红外线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。

(2)应用——红外探测器

①夜视仪、红外摄影。

②红外遥感技术：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。利用这个技术可以勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮。在军事上的应用也十分重要。还可以制作红外体温计。

4．可见光：能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波，称为可见光。可见光的波长为400～760 nm。

5．紫外线

(1)在紫光之外，波长范围为5～370 nm的电磁波是紫外线。

(2)应用

①灭菌消毒。

②人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康状况。但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤。

③利用紫外线的荧光效应，设计防伪措施。

6．X射线和γ射线

(1)X射线：波长比紫外线更短，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。X射线具有很强的穿透本领，可以用来检查人体的内部器官。在工业上，利用X射线检查金属构件内部的缺陷。机场等地进行安全检查时，X射线能轻而易举地探测到箱内的物品。

(2)γ射线：是波长最短的电磁辐射，具有很高的能量。γ射线能破坏生命物质。把这个特点应用在医学上，可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症。γ射线的穿透能力很强，也可用于探测金属构件内部的缺陷。

典型考点一　无线电波的特点及应用

1．(多选)雷达采用微波而不采用其他无线电波的原因是(　　)

A．微波具有很高的频率

B．微波具有直线传播的特性

C．微波的反射性强

D．微波比其他无线电波(长波、中波、短波等)传播的距离更远

答案　ABC

解析　雷达采用微波的原因是微波的频率很高、波长较短，不容易产生衍射现象，具有直线传播的特性，反射性较强。故A、B、C正确。

2. 雷达是利用电磁波来测定物体位置和速度的设备，它可以向一定方向发射电磁波脉冲，当电磁波遇到障碍物时会发生反射。雷达在发射和接收到反射回来的电磁波脉冲时，在监视屏上将对应呈现出一个尖形波。某防空雷达发射的电磁波频率f＝3×109 Hz，如果雷达监视屏上显示某次发射和接收的尖形波如图所示(相邻刻线间表示的时间间隔为1.0×10－5 s)，则被监视的目标到雷达的距离以及该雷达发出的电磁波的波长分别为(　　)

A．15 km,0.10 m   B．15 km,10 m

C．30 km,1.0 m   D．30 km,0.10 m

答案　A

解析　电磁波从发射到接收，通过的距离是雷达到目标距离的2倍。从图中可以看出，两个尖形波间隔为10个小格，即全程的时间为1.0×10－4 s，单程的时间为t＝5×10－5 s，由v＝得：s＝vt＝3×108 m/s×5×10－5 s＝15 km，该雷达发出的电磁波的波长λ＝＝ m＝0.10 m，故A正确，B、C、D错误。

典型考点二　红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特点及应用

3．臭氧层被誉为地球上生物生存繁衍的保护伞，但是科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞，现在臭氧层破坏面积已达2400万平方公里，北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄。臭氧层之所以能保护地球上的生命，是因为(　　)

A．臭氧层能吸收太阳光的可见光部分

B．臭氧层能吸收太阳光的紫外线部分

C．臭氧层能吸收太阳光的红外线部分

D．臭氧层能提供氧气

答案　B

解析　臭氧层可以吸收由太阳射向地球的紫外线，从而有效地对地球上的动植物起保护作用，B正确。

4．间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离开，也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于(　　)

A．可见光波段   B．红外波段

C．紫外波段   D．X射线波段

答案　B

解析　这种照相机能够拍到晚上关灯行驶的汽车，说明用的不是可见光，由于紫外线和X射线能量高，而且衰减快，地面物体不易发出，而所有物体都可以发出红外线，故B正确。

5．(多选)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发射红外线

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

答案　AD

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，且一切物体都在不停地发射红外线，故A、D正确。

6．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．X射线的穿透能力比紫外线强，常用于车站行李安检

B．X射线可以用来治疗某些癌症

C．γ射线可以用在医学上做人体透视

D．金属探伤利用了γ射线的穿透性强

答案　AD

解析　X射线和γ射线的穿透能力很强，所以X射线可用来金属探伤、人体透视、行李安检，γ射线可用来金属探伤；γ射线能破坏生命物质，可用来治疗某些癌症。故A、D正确，B、C错误。

1．电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是(　　)

A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线

B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线

C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波

D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线

答案　A

解析　根据电磁波谱的波长由长到短排序可知A正确。

2．雷达在搜寻目标时，接收到回波所用时间为1.2×10－4 s，则此目标距雷达(　　)

A．36 km  B．72 km  C．18 km  D．9 km

答案　C

解析　s＝c·t＝3×105××1.2×10－4 km＝18 km，C正确。

3．(多选)下列说法符合实际情况的是(　　)

A．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

D．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的分辨能力

答案　BC

解析　由电磁波谱各种电磁波的特性可知，B、C正确。

4．(多选)电磁波在科学研究和日常生活中有着广泛的应用，关于电磁波的应用，以下说法正确的是(　　)

A．图甲中利用雷达天线发射的无线电波可以测定物体位置

B．图乙中天文学家利用射电望远镜发射无线电波，进行天体物理研究

C．图丙中病房内应用紫外线进行杀菌消毒

D．图丁中CT机应用人体发射红外线的原理拍摄人体组织

答案　AC

解析　雷达天线是根据电磁波的反射通过发射无线电波来测定物体位置，故A正确；天文学家利用射电望远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究，故B错误；紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质，因此，可以应用紫外线进行杀菌消毒，故C正确；X射线具有很强的穿透本领，CT机通过X射线拍摄人体组织，故D错误。

5．(多选)下面关于红外线的说法中正确的是(　　)

A．红外烤箱中的红光就是红外线

B．红外线比可见光更容易发生衍射

C．高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线

D．红外线比可见光更容易引起固体物质分子共振

答案　BD

解析　红外线是看不见的，红外烤箱中的红光是可见光，A错误；红外线比可见光的波长长，更容易发生衍射，B正确；一切物体，包括高温物体和低温物体都在辐射红外线，物体温度越高，它辐射的红外线就越强，C错误；红外线的频率比可见光更接近固体物质分子的固有频率，也就更容易引起固体物质分子发生共振，因而红外线热作用显著，D正确。

6．太阳表面温度约为6000 K，主要发出可见光；人体温度约为310 K，主要发出红外线；宇宙空间的温度约为3 K，所发出的辐射称为“3 K背景辐射”，它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热。若要进行“3 K背景辐射”的观测，应该选择的波段是(　　)

A．无线电波   B．紫外线

C．X射线   D．γ射线

答案　A

解析　电磁波谱按波长由长到短的顺序排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，由题意知，物体温度越低，发出的电磁波波长越长，宇宙空间的温度约为3 K，则其发出的电磁波的波长应在无线电波波段，故A正确。

7．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被红外遥感卫星接收。如图所示为水汽和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感卫星大致能够接收到的波长范围为(　　)

A．2.5～3.5 μm   B．4～4.5  μm

C．5～7  μm   D．8～13  μm

答案　D

解析　由图可知，水汽对该波段红外辐射吸收率最低的波长范围大致是8～13  μm；二氧化碳对该波段红外辐射吸收率最低的波长范围大致是5～13 μm，所以在该波段红外遥感卫星大致能够接收到的波长范围为8～13 μm。故D正确。

8. 雷达是用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备，某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方水平匀速飞来，已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1.0×10－4 s，某时刻雷达显示屏上显示的波形如图甲所示，A脉冲为发射波，B脉冲为目标反射波，经t＝170 s后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示，则该飞机的飞行速度约为多少？

答案　306 m/s

解析　由题意知，显示屏相邻刻度线之间的时间间隔t0＝1.0×10－4 s，

甲图发射波和反射波的时间间隔为t1＝4.0×10－4 s，

此时飞机距离雷达的距离

s1＝＝ m＝6.0×104 m

乙图发射波和反射波的时间间隔为t2＝2.0×10－4 s，

此时飞机到达雷达的正上方，距雷达的距离为

s2＝＝ m＝3.0×104 m

故170 s内飞机的位移为

s＝＝51960 m

飞机的飞行速度v＝≈306 m/s。