高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电磁波谱学案设计

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1.了解太阳辐射。
2.了解电磁波谱的构成,知道各波段的电磁波的特征及应用。
3.知道电磁波具有能量,是一种物质。
一、电磁波谱
1．电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱．
2．按照波长从长到短依次排列为无线电波、 、可见光、 、X射线、γ射线．不同的电磁波由于具有不同的 ，具有不同的特性．
二、电磁波的特性及应用
1．无线电波：波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称作无线电波，主要用于 、广播及其他信号传输．
雷达是利用电磁波遇到障碍物要发生 ，以此来测定物体位置的无线电设备，其利用的是波长 的微波．
2．红外线
(1)红外线是一种光波，波长比无线电波短，比可见光 ．
(2)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 ．
(3)红外线的应用主要有红 和红外体温计．
3．可见光：可见光的波长在400～760 nm之间．
4．紫外线
(1)波长范围在 之间，不能引起人的视觉．
(2)具有 的能量，应用于灭菌消毒，具有较强的 效应，用来激发荧光物质发光．
5．X射线和γ射线
(1)X射线波长比紫外线短，有很强的 本领，用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔，医学上用于检查人体的内部器官．
(2)γ射线波长比X射线更短，具有 的能量，穿透力更强，医学上用来治疗某些癌症，工业上也可用于探测金属构件内部是否有缺陷．
判断下列说法的正误．
(1)各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线．( )
(2)红外线有显著的热效应，紫外线有显著的化学作用．( )
(3)低温物体不能辐射红外线．( )
(4)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度．( )
(5)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪．( )
(6)X射线的穿透本领比γ射线更强．( )
一、电磁波谱
在我们身边到处都有电磁波的影子,它的应用更是比比皆是。下面列出的设备工作时所发出的波,哪些属于电磁波?
(1)微波炉加热食物时发出的波。
(2)电视发射塔发出的波。
(3)互联网光缆中传播的波。
(4)电视机遥控器发出的波。
1．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1所示是按波长由长到短(频率由低到高)的顺序排列的．
图1
2．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．
例1 （2023•海口三模）使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁波波段为（2.4～2.48）×109Hz。已知可见光的波段为（3.9～7.5）×1014Hz，则蓝牙通信的电磁波（ ）
A．是蓝光
B．波长比可见光短
C．比可见光更容易发生衍射现象
D．在真空中的传播速度比可见光小
针对训练1 （2023春•江宁区期末）太赫兹（THz）波是指频率在0.1～10THz（波长为3000μm～30μm）范围内的电磁波，利用该频段可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识，通过和电磁波谱对比，下列说法正确的是（ ）
A．太赫兹波比红光更容易发生明显衍射
B．太赫兹波比紫外线的能量更大
C．太赫兹波比短波频率更小
D．太赫兹波可以用于工业探伤
二、电磁波的特性及应用
电磁波在我们日常生活中应用相当广泛，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．
答案 无线电波：收音机；红外线：红外线理疗仪；可见光：人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．
不同电磁波的特性及应用
例2 （2023春•西城区校级期末）关于电磁波及其应用，下列说法正确的是（ ）
A．雷达测距和测速利用的是无线电波衍射的原理
B．“中国天眼”（FAST）射电望远镜探测的是宇宙中的无线电波
C．晶体中原子间距与γ射线波长接近，通过γ射线衍射实验可以推测晶体结构
D．非接触式体温计通过探测人体辐射的紫外线来测量体温
针对训练2 （2023春•天宁区校级月考）关于各种电磁波的性质比较，下列说法中正确的有（ ）
A．由于红外线的波长比可见光长，所以比可见光更易发生衍射
B．由于γ射线的波长太短了，所以根本无法发生干涉、衍射
C．频率越高的电磁波在真空中传播的速度越快
D．γ射线的穿透能力最强，所以最适于用来透视人体，检查骨骼和其他病变情况
（2023春•滨海新区期末）关于电磁波下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦通过实验验证了“变化的电场产生磁场”和“变化的磁场产生电场”，并证实了电磁波的存在
B．医院里常用X射线照射病房和手术室进行消毒
C．一切物体都辐射红外线、这种辐射与物体的温度有关
D．电磁波的传播需要介质，其在介质中的传播速度等于光速
1.(电磁波的特性)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
2.(电磁波谱)根据电磁波谱,下列选项中电磁波的频率顺序由高到低排列且中间没有间断的是( )
A.X射线、紫外线、可见光
B.X射线、紫外线、红外线
C.紫外线、红外线、可见光
D.无线电波、红外线、紫外线
3.(电磁波的特性)科学家发现地球大气层中的臭氧分子不断受到破坏。下列各项电磁波,会因臭氧层受损而对人类的健康构成最大危害的是( )
A.可见光
B.紫外线
C.γ射线
D.微波
4.(电磁波的应用)(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于应用电磁波的医用器械有( )
A.杀菌用的紫外灯
B.拍胸片的X光机
C.治疗咽喉炎的超声波雾化器
D.检查血流情况的“彩超”机
5.(电磁波谱)无线光通信技术(不需光纤,利用红外线在空间的定向传播来传递信息的通信手段)在局域网、移动通信等多方面显示出极大的应用前景。以下说法正确的是( )
①光通信就是将文字、数据、图像等信息转换成光信号从一地传向另一地的过程
②光纤通信中的光信号在光纤中传输,无线光通信的光信号在空气中传输
③红外线的频率比可见光的频率高
A.①②B.①③
C.②③ D.①②③
选择题(第1~5题为单选题,第6~9题为多选题)
1.下列说法正确的是( )
A.在变化的电场周围一定产生变化的磁场
B.紫外线有显著的热效应
C.一切物体都在不停地发射红外线
D.X射线的穿透本领比γ射线更强
2.在烤箱中能看见一种淡红色的光,下列关于这种光的说法正确的是( )
A.是电热丝发出的红外线
B.是电热丝发出的红光
C.主要是利用这种光为食物加热
D.给食物加热是利用比这种光波长更短的电磁波
3.下列关于紫外线的说法正确的是( )
A.照射紫外线可增进人体对钙的吸收,因此人们应尽可能多地接受紫外线的照射
B.一切高温物体发出的光都含有紫外线
C.紫外线有很强的荧光效应,常被用来防伪
D.紫外线有杀菌消毒的作用,是因为其有热效应
4.下列说法正确的是( )
A.各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线
B.红外线有显著的热效应,紫外线有显著的化学作用
C.X射线的穿透本领比γ射线强
D.低温物体不能辐射红外线
5.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
6.关于紫外线的作用和特性,下列说法正确的是( )
A.一切物体都在不停地辐射紫外线
B.紫外线能杀菌消毒是因为紫外线具有较高能量,可以穿透细胞膜
C.紫外线具有较强的穿透能力,可以穿透人的皮肤,破坏内脏器官
D.紫外线具有荧光作用
7.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
8.(多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是( )
A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C.经过调制后的电磁波在空间传播波长才能不变
D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去
9关于可见光,下列说法正确的是( )
A.可见光中的红光比紫光的频率低
B.可见光不能在真空中传播
C.可见光波长越长,越容易发生衍射现象
D.可见光能发生光的干涉和衍射现象,说明光是横波
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~7题为多选题)
1.太阳表面温度约为6 000 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,应该选择下列哪一个波段( )
A.无线电波B.紫外线
C.X射线D.γ射线
2. 太阳光通过三棱镜时,在竖直放置的屏幕上形成如图所示的光带NP(忽略三棱镜对各色光的吸收)。若将灵敏温度计的测温端分别放在屏幕上的MN、NP、PQ区域,在哪个区域上升的示数最大( )
A.MNB.NP
C.PQD.无法确定
3.关于电磁波的特性理解正确的是( )
A.可见光的波长一定比无线电波的波长短
B.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
C.相同条件下,电磁波谱中最难发生衍射的是X射线
D.可见光的实质也是一种电磁波,红光波长最短
4.如图所示,我国万米深潜器奋斗者号再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟,借助无线电波、激光等传输信号,实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。下列选项正确的是( )
A.无线电波、激光都是横波
B.无线电波的波长比红外线的波长短
C.在真空中电磁波的传播速度小于光速
D.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波不适用
5.关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.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
B.γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高
C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D.在电磁波谱中,最容易发生衍射现象的是γ射线
6.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,正确的是( )
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射线具有极强的穿透能力
D.红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点
7.下列关于对X射线的叙述,正确的有( )
A.X射线由高速移动的中子构成
B.X射线可使照相胶卷感光
C.X射线可用来探测藏在行李中的武器
D.X射线透视人体,是因为X射线的衍射能力强
二、非选择题
8.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横线上。
(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射线有很强的贯穿力
E.红外线具有显著的热效应
F.红外线波长较长,易发生衍射
9.长波的波长范围为3 000~30 000 m,短波的波长范围为10~50 m,则长波的频率范围是 ,短波的频率范围是 。
10.某雷达工作时,发射电磁波的波长为λ=20 cm,每秒发射的脉冲数为n=5 000,每个脉冲持续时间t=0.02 μs,求:
(1)电磁波的振荡频率。
(2)该雷达的最大侦察距离。
电磁波谱
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
频率
由左向右，频率变化为由低到高
真空中的波长
由左向右，波长变化为由长到短
特性
波动性强
热效应强
感光性强
化学作用、荧光效应强
穿透力强
穿透力最强
用途
通信、广播、天体物理研究
遥控、遥测、遥测、加热、红外摄像、红外制导
照明、照相等
杀菌、防伪、治疗皮肤病等
检查、探测、透视
探测、治疗