高中物理 第十四章 5 电磁波谱教材梳理教案 新人教版选修3-41

电磁波谱
疱丁巧解牛
知识·巧学
一、电磁波谱
无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱.如图14-5-1所示是按波长由大到小（频率由小到大）顺序排列的.
图14-5-1 电磁波谱
深化升华从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长（或频率）不同又表现出不同的特点.
二、无线电波
波长大于1 mm（频率小于300 GHz）的电磁波是无线电波.无线电波用于通信和广播.
三、红外线
红外线的波长比红光的波长还长，不是可见光，不能引起人的视觉.一切物体（不管大小、也无论是否有生命），凡是由分子、原子等微粒构成的物体都在不停地辐射红外线.物体温度越高，辐射红外线的本领越强.红外线有以下主要作用：
1.红外线遥感：勘测地热、寻找水源、人体检查等.
2.红外线遥控：家用电器配套的遥控器发出红外线脉冲信号，受控机器就会按指令改变工作状态.
3.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”.
四、可见光
可见光的波长在700 nm到400 nm之间，不同颜色的光是波长（频率）范围不同的电磁波.
联想发散可见光只在一个很窄的波段内，通常波长范围为400—700 nm.不同频率(或波长)的可见光颜色不同，频率最高(波长最短)的是紫光，频率最低(波长最长)的是红光.
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. 深化升华光不仅是波，而且是电磁波，光在真空中的传播速度与电磁波的传播速度相等，光一定不是机械波，因为机械波在真空中不能传播.
五、紫外线
紫外线不是可见光，其波长比紫光还短，波长范围为5 nm到370 nm之间.一切高温物体发出的光中都含有紫外线，紫外线的主要应用是其化学作用，它能促使人体合成维生素D，但不能过多照射；能杀死多种细菌，具有消毒功能.
六、X射线和γ射线
X射线和γ射线的波长比紫外线都短.
X射线对生命物质有较强的作用，过量的照射会引起生物体的病变.X射线能够穿透物质，可以用于人体透视；检查金属零件内部的缺陷等.
γ射线具有很高的能量，在医学上可以用来治疗癌症、探测金属部件内部的缺陷.
深化升华电磁波家庭中各个成员之间既有统一性，又表现出多样性.它们本质上都是电磁波，都具有电磁波的一切性质；但它们的频率和波长各不相同.频率低的无线电波由于波长较长，较容易发生干涉和衍射现象，而频率高的X射线、γ射线，穿透能力较强.
七、电磁波的能量
从场的观点来看电场具有电能，磁场具有磁能，电磁场具有电磁能.电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.电磁波在空间传播，电磁能就随着一起传播.
用微波炉加热食物，在收音机的天线里可以感应出电流，这都证明了电磁波具有能量.因此，电磁波是物质存在的一种形式，具有物质性.
八、太阳辐射
太阳光中含有可见光、无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线.太阳辐射的能量主要集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，如图14-5-2所示.
图14-5-2 太阳辐射的能量大部分集中在可见光及附近的区域
典题·热题
知识点一电磁波的排列
例1北京广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光（可见光）、人体透视用的X光，都是电磁波.它们的频率分别为f1、f2、f3、f4.则( ) A.f1＞f2＞f3＞f4 B.f1＜f2＜f3＞f4
C.f1＜f2＜f3＜f4
D.f1＞f2＞f3＜f4
解析：从电磁波谱的排序来分析，“中波”段某套节目的信号（无线电波）和微波都在红外区，其中无线电波是人工制造自由电子振荡产生的电磁波，波长最长，频率最低，激光是可见光.X光在紫外区，波长短，频率最高.C项正确.
答案：C
方法归纳理解电磁波谱中各波段电磁波的特点和作用，结合实际生活中的具体应用.
知识点二电磁波具有能量
例2下列能说明电磁波具有能量的依据是( )
A.可见光射入人的眼睛，人看到物体
B.放在红外线区域的温度计升温很快
C.收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振
D.γ射线具有很强的贯穿能力
解析：A项，人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量.B项，红外线具有热作用，说明红外线具有能量.C项，电谐振在调谐电路中的感应电流的能量来源于空中的无线电波.D 项，γ射线的贯穿能力说明γ射线具有很高的能量.
答案：ABCD
例3关于电磁波的传播，下列说法正确的是（）
A.真空中传播速度都等于光速
B.波长较长的波绕过障碍物的能力强
C.波长较长的波贯穿障碍物的能力强
D.波长较短的波能量大，穿透能力强
解析：电磁波在真空中以光速传播，波长长的波，绕过障碍物的能力较强，但其贯穿能力差，波长越短，能量越大，穿透能力越强，故正确选项为A、B、D.
答案：ABD
知识点三电磁波的应用
例4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，错误的是( )
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射线具有较强穿透能力
D.红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象
解析：紫外验钞机是利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光文字，发出可见光，使这些文字能被肉眼看到，利用了紫外线的荧光效应，A项错误.X射线具有极强的穿透能力，在医学上用它来透视人体，检查病变和骨折情况，B项错误.γ射线具有较强穿透能力，工业上的金属探伤就是利用的这个原理，C项正确.一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用的这个原理，D项正确.
答案：CD
巧解提示本题也可从选项入手，紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应，A项错误.X透射不可能是利用光的衍射现象，因为这样无法研究人体的内脏器官，B项错误.工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强穿透能力，C项正确.正是由于一切物体都不停地辐射红外线的现象，我们才能利用红外线进行遥感，D项正确.
例5下列说法正确的是（）
A.只有物体温度较高时，才能向外辐射红外线
B.紫外线的主要作用是化学作用
C.可见光比红外线容易发生衍射现象
D.X射线也能在磁场中偏转
解析：一切物体都在向外辐射红外线，A项错误.紫外线的主要作用是化学作用，B项正确.可见光比红外线的波长短，所以红外线较容易发生衍射现象，C项错误.X射线属于电磁波中的一部分，不带电，所以X射线不能在磁场中偏转，D项错误.
答案：B
误区警示自然界中的一切物体都在向外辐射红外线，温度高的物体所辐射的红外线强，而温度低的物体所辐射的红外线弱，所以并非只有温度高的物体向外辐射红外线.
知识点四电磁波具有波的性质
例6一种电磁波入射到半径为1 m的孔上，可发生明显的衍射现象.这种波属于电磁波谱的区域是( )
A.γ射线
B.可见光
C.无线电波
D.紫外线
解析：由物体能发生明显衍射现象的条件：小孔的宽度和障碍物的尺寸与波长相差不太大，则这种电磁波的波长大约为1 m，应为无线电波的区域，C项正确.
答案：C
方法归纳电磁波谱中各波段电磁波的特点和作用，结合波能发生明显的衍射现象的条件，
是解决本题的关键.
问题·探究
交流讨论探究
问题电磁波为人类物质文明的发展和社会进步作出了巨大的贡献，也给我们的生活带来了极大的方便和无穷的乐趣，随着电磁波应用的日益广泛，它对人体的危害也被人们逐渐认识.电磁波无色、无味、无形、无踪、无所不至，对人体的危害常常被人们所忽视，科学家们称为“隐形杀手”，电磁波是继大气污染、水污染、噪音污染之后的第四大污染，电磁波对人体有哪些危害呢？
探究过程:
张敏：电磁波对人体的危害随着电磁辐射强度、频率及累积时间的增大而增大.长期处在强电磁波充斥的环境中，人会出现头晕、失眠、易疲劳、记忆力减退、嗜睡、乏力等症状.强电磁辐射对人体的心血管系统、中枢神经系统、视觉系统、内分泌系统、生殖系统等都会造成不同程度的危害.
刘涛：较强的红外线会对皮肤造成高温伤害.波长为770—1 300 nm的红外线可造成视网膜伤害；波长在1 900 nm以上的红外线会造成角膜烧伤；人眼若长期暴露在红外线下，可能会导致白内障.
王小红：紫外线也会对人的眼角膜和皮肤造成伤害.X射线会破坏细胞的内部结构，过强的X射线甚至会破坏DNA，诱发某些癌细胞.
肖明：我们身边的电磁辐射主要来源于：计算机、移动电话、电视机、空调机、电冰箱、微波炉、电热毯、高压电线、X射线发生器、激光发射器等.电磁波对人体的危害，我们既不能掉以轻心，也无须过度恐慌，而是应该尽量避开一些不必要的电磁辐射对自己的伤害. 探究结论:电磁波对人体的危害随着电磁辐射强度、频率及累积时间的增大而增大.长期处在强电磁波充斥的环境中，人会出现头晕、失眠、易疲劳、记忆力减退、嗜睡、乏力等症状.较强的红外线会对皮肤造成高温伤害和眼底视网膜伤害.紫外线也会对人的眼角膜和皮肤造成伤害.X射线会破坏细胞的内部结构，过强的X射线甚至会破坏DNA，诱发某些癌细胞. 实验论证探究
问题自制收音机进行无线电波的接收.
探究过程:
实验原理：根据收音机调谐电路，制作一个简单的收音机接收装置（图14-5-3）.
图14-5-3 晶体二极管收音机
实验器材：线圈，电容器，调谐电容，二极管，耳机，导线等.
实验过程：（1）通过旋转调谐电容器的动片，改变接收回路的固有频率，调谐选台.
（2）收音机从接收短波改为接收中波，要改换线圈，以改变电感大小.
探究结论:能接收到电磁波，有声音，但杂音很多.。