物理选择性必修 第二册4 电磁波谱背景图ppt课件

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目 标 素 养1.知道什么是电磁波谱,知道电磁波谱中不同波长范围的电磁波。2.了解不同波长范围的电磁波的特性以及应用。3.了解科技对人类生活和社会发展的影响,增强学习兴趣和责任意识。
一、无线电波1.电磁波谱: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。按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。不同的电磁波具有不同的波长(频率),具有不同的特性。
2.无线电波。(1)概念: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。(2)无线电波的分类与应用。①长波和中波主要应用于广播、导航。②中短波和短波主要应用于调幅广播、导航。③微波中的米波主要应用于调频广播、电视、导航。微波中的分米波、厘米波和毫米波主要应用于电视、雷达、移动通信、导航、射电天文。
微思考1人们的现代生活越来越离不开电磁波,我国自主建立的北斗卫星导航系统所使用的电磁波频率约为1 561 MHz;家用微波炉所使用的电磁波频率约为2 450 MHz;家用Wi-Fi所使用的电磁波频率约为5 725 MHz。请思考:(1)电磁波能发生偏振现象吗?(2)Wi-Fi信号与北斗导航信号叠加时,能产生明显的干涉现象吗?(3)Wi-Fi信号与微波哪种更容易发生衍射?
提示:(1)电磁波是横波,可以发生偏振现象。(2)只有频率相同的两列波叠加时,才会发生稳定的干涉现象,Wi-Fi信号与北斗导航信号频率不同,所以叠加时,不能产生明显的干涉现象。(3)根据 可知,频率越大,波长越短,衍射现象越不明显,家用微波炉所使用的电磁波比Wi-Fi信号频率小、波长长,更容易发生明显的衍射。
二、红外线、可见光和紫外线1.红外线: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。主要应用于加热、红外摄影等。2.可见光:可见光的波长为400~760 nm。分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。3.紫外线:波长范围为5~370 nm。紫外线具有较高的能量,可以利用紫外线灭菌消毒;许多物质在紫外线的照射下会发出荧光,根据这一点可以设计防伪措施。
微思考2红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温,如图所示,你知道它的工作原理吗?
提示:根据体温越高辐射红外线越强的原理。
三、X射线和γ射线1.X射线: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。2.γ射线:具有很高的能量,应用在医学上可以用来治疗某些癌症。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。3.电磁波传递能量:电磁波传递能量,电磁波是一种物质。微思考3 在电磁波中由红外线到γ射线,频率最大的是什么射线?波长最长的是什么射线?提示:γ射线的频率最大,红外线的波长最长。
一 电磁波的共性和无线电波的传播、应用
重难归纳1.各种电磁波的共性。(1)在本质上都是电磁波,遵循相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。(2)都遵循公式v=λf,在真空中的传播速度都是c=3×108 m/s。(3)传播都不需要介质。(4)都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2.电磁波谱及介绍。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来便构成了范围非常广阔的电磁波谱。如图所示电磁波谱是按波长由大到小(频率由小到大)顺序排列的。
3.无线电波的分类。(1)无线电波可分为若干波段,不同波段用途不同。无线电波的波段划分如下表所示。
(2)无线电波的传播方式。不同波长的电磁波在地球表面、大气层中传播时,衍射和被吸收的情况不同,在传播方式上也各不相同。①地波传播:地面上的障碍物一般不是太大,长波能很好地绕过,容易发生衍射现象,中波也能较好地绕过,短波和微波波长较短,绕过障碍物本领很差。②天波传播:依靠大气层中的电离层的反射来传播的无线电波叫天波,对于微波,电离层能让它穿过;对于长波,电离层基本把它吸收;对于中波、中短波和短波,波长越短,电离层对它吸收越少,反射越多,因此短波主要以天波形式传播。
③直线传播:微波既不能以地波形式传播(易被吸收),也不能以天波形式传播(穿透电离层),只能像光一样沿直线传播。
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。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。
典例剖析【例1】 5G是“第五代移动通信网络”的简称,5G网络使用的无线电波通信频率是在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段(如图所示),比4G及以下网络(通信频率在0.3~3.0 GHz间的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)。5G网络的传输速率可达10 Gbps(bps为bits per secnd的英文缩写,即比特率、比特/秒),是4G网络的50~100倍。关于5G网络使用的无线电波,下列说法正确的是(　　)
A.在真空中的传播速度更快B.在真空中的波长更长C.衍射的本领更强D.频率更高,相同时间传递的信息量更大答案:D
解析:无线电波(电磁波)在真空中的传播速度与光速相同,保持不变,其速度与频率没有关系,选项A错误。由公式c=λf可知, ,频率变大,波长变短,衍射本领变弱,选项B、C错误。无线电波(电磁波)频率越高,周期越小,相同时间内可承载的信息量越大,选项D正确。
特别提醒对于电磁波谱的问题: (1)记住电磁波谱中不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用。 (2)记住电磁波谱中波长、频率的变化规律,如频率越高,波长越短,穿透性越强,波动性越弱;频率越低,波长越长,衍射现象越明显,波动性越强,穿透性越弱。
学以致用1.关于雷达的特点,下列说法正确的是(　　)A.雷达所用无线电波的波长比短波更长B.雷达只有连续发射无线电波,才能发现目标C.雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离D.雷达在能见度低的黑夜将无法使用答案:C解析:雷达一般采用直线性好、反射性强的微波,选项A、D错误。雷达工作时不是连续地发射无线电波,每次发射的时间及两次发射的时间间隔都有一定要求,选项B错误。障碍物的距离等情况都由显示屏显示出来,选项C正确。
二 红外线、可见光、紫外线
重难归纳1.红外线。(1)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。肉眼看不见红外线,但能够感受它。寒冷的冬天,当你在炉旁烤火时,你的皮肤正在享受红外线带来的温暖。
(2)红外线主要有以下应用。①人体在发射红外线,体温越高,发射的红外线越强。根据这个原理,红外体温计不与身体接触也可以测体温。②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。③用灵敏的红外探测器吸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。红外遥感在军事上的应用也十分重要。
④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”。
2.可见光。(1)可见光的波长在400 nm到760 nm之间,不同颜色的光是波长(频率)范围不同的电磁波。
(2)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。
3.紫外线。(1)紫外线具有较高的能量,足以破坏细胞核中的物质,因此,可以利用紫外线灭菌消毒。太阳光里有许多紫外线,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。但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤。(2)许多物质在紫外线的照射下会发出荧光,根据这一点可以设计防伪措施。
有一种全自动感应水龙头,手一伸水自来,手一收水自停。这种水龙头的工作原理是什么?提示:水龙头的感应器由红外线发射管和接收管组成,当受到物体遮挡时,发射管发射的红外线被反射到接收管,触发水龙头电磁阀控制电路,水龙头打开,手挪开,接收管接收不到红外线,水龙头关闭。
典例剖析【例2】 (多选)下列对红外线的叙述正确的是(　　)A.红外线具有很强的热效应和荧光效应B.红外烤箱中的红光就是红外线C.红外线容易穿透云雾D.红外线比可见光更容易引起固体物质分子共振答案:CD
解析:红外线具有很强的热效应,而荧光效应是紫外线的重要特性,选项A错误。红外线是看不见的,选项B错误。红外线波长比可见光长,绕过障碍物能力强,易穿透云雾,选项C正确。红外线的频率比可见光的频率更接近固体物质分子的频率,也就更容易使分子发生共振,选项D正确。
特别提醒本题根据红外线产生的条件和特性进行答题。红外线最显著的作用是热作用;红外线的波长比红光长,容易产生衍射现象。
学以致用2.验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光,电视机、空调的遥控器发出的光能控制电视机、空调的工作状态。对于它们发出的光,以下判断正确的是(　　)A.它们发出的都是红外线B.它们发出的都是紫外线C.验钞机发出的是红外线,遥控器发出的是紫外线D.验钞机发出的是紫外线,遥控器发出的是红外线答案:D
解析:紫外线有较强的荧光作用,能使荧光物质发出荧光,故验钞机发出的是紫外线;红外线波长较长,容易发生衍射,故能很方便地遥控家用电器。故选项D正确。
三 X射线、γ射线
重难归纳1.X射线。(1)人们用X射线管来产生X射线。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。X射线能够穿透物质,可以用来检查人体内部器官。在工业上,利用X射线检查金属构件内部的缺陷。机场、车站等地进行安全检查时,X射线能轻而易举地探测箱内的物品。
(2)“CT”是“计算机辅助X射线断层摄影”的简称。X射线以不同角度照射人体,计算机对其投影进行分析,给出类似于生理切片一样的人体组织照片。医生可以从中看出人体是否发生了病变。
2.γ射线。波长最短的电磁辐射是γ射线,它具有很高的能量。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,可用于探测金属构件内部的缺陷。
电磁波在我们日常生活中的应用相当广泛,请你列举出下列电磁波的应用实例:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。提示:无线电波:收音机;红外线:电烤箱;可见光:人们看到的五彩缤纷的世界;紫外线:紫外线消毒灯;X射线:X光透视机;γ射线:γ射线探伤。
典例剖析【例3】关于电磁波的特性和应用,下列说法正确的是(　　)A.红外线和X射线都有很高的穿透本领,常用于医学上透视人体B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C.电磁波谱中频率最大的为γ射线,最容易发生衍射现象D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光答案:D
解析:X射线有很高的穿透本领,常用于医学上透视人体,红外线没有,选项A错误。过强的紫外线照射对人的皮肤有害,选项B错误。电磁波谱中频率最大的为γ射线,其波长最短,最不容易发生衍射现象,选项C错误。
特别提醒电磁波谱相关问题解题方法: (1)熟记各种电磁波的特性及应用。 (2)按电磁波谱的排列顺序,波长越长,频率越低,衍射能力越强,穿透能力越弱;波长越短,频率越高,衍射能力越弱,穿透能力越强。
学以致用3.在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率大小关系是(　　)A.红外线的频率最大,可见光的频率最小B.伦琴射线的频率最大,红外线的频率最小C.可见光的频率最大,红外线的频率最小D.伦琴射线的频率最大,可见光的频率最小答案:B解析:在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)按照频率从大到小的排列顺序是伦琴射线(X射线)、可见光、红外线。
1.关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是(　　)A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同答案:B解析:声波、电磁波都能传递能量和信息,选项A错误。在手机通话过程中,既涉及电磁波又涉及声波,选项B正确。可见光属于电磁波,“B超”中的超声波是声波,波速不同,选项C错误。红外线波长较X射线波长长,选项D错误。
2.太阳风暴袭击地球时,不仅会影响通信,威胁卫星,而且会破坏臭氧层。臭氧层作为地球的保护伞,是因为臭氧能吸收太阳辐射中(　　)A.波长较短的可见光B.波长较长的可见光C.紫外线D.红外线答案:C解析:臭氧层的主要作用就是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。作为人类,保护臭氧层就是保护我们自己。选项C正确。
3.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,即使混在车队中离开,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:所有的物体都能发出红外线,热的物体的红外线辐射比冷的物体的强,间谍卫星上装的遥感照相机,实际上是红外线探测器,它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射,这是红外线摄影的基础。再者,红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的波长长,有较好的穿透云雾的能力,选项B正确。而其他选项的光不具备以上特点,选项A、C、D错误。
4.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遥感卫星接收。下图为水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多少?
答案:8~13 μm
解析:由题图可知,8~13 μm波段的红外线,水和二氧化碳几乎均不吸收。