2020-2021学年高二人教版物理选修3-4学案：第十四章 4 电磁波与信息化社会 5 电磁波谱

4电磁波与信息化社会
5电磁波谱
一、电磁波与信息化社会
1．电磁波的传输：可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输．电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大．
2．电磁波的应用实例
(1)电视广播的发射和接收过程
(2)雷达的工作原理
雷达利用微波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置．根据发射无线电波到接收反射波
的时间t，确定障碍物的距离s＝ct
2，再根据发射无线电波的方向和仰角，可以确定障碍物的
位置．
(3)移动电话、因特网也是利用电磁波来传输信息的．
二、电磁波谱
1．概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱．
2．电磁波谱的排列：按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线．
3．不同电磁波的特点及应用
4.电磁波的能量
各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质．5．太阳辐射的特点
太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，在眼睛最敏感的黄绿光附近，辐射的能量最强．
在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥重要作用．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的，假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm，根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度的关系近似为Tλm＝2.90×10－3m·K.则老鼠发出的最强的热辐射的波长为多少？它属于电磁波谱的哪一波段？
提示：由题目信息知：
Tλm＝2.90×10－3 m·K，而且老鼠体温37℃时发出最强热辐射．
即当T＝(273＋37)K时λm＝2.90×10－3
310m＝9.4×10
－6 m
结合电磁波谱图可知该波长的波位于红外线区．
考点一电磁波与信息化社会
1．电磁波的传输
电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输．电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大．
2．电磁波的应用实例
(1)电视
①电视发射系统：摄像管的作用是摄取景物的图像并将其转换为电信号．镜头把景物的像成在摄像管的屏上，通过电子束的扫描，把图像各个部位分成一系列小点，称为像素，每幅图像至少要有几十万个像素，摄像机将画面上各个部分的光点，根据明暗情况逐点逐行逐帧地变为强弱不同的信号电流，随电磁波发射出去．
②接收系统：天线接收到高频信号后，经调谐、解调，将得到的图像信号送到显像管，控制显像管里电子枪发射电子束的强弱，在荧光屏上扫描，在屏上便出现了与摄像管屏上相同的图像．
③中国电视广播标准采用每秒传送25帧画面，每帧由625条线组成．
(2)雷达
雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备．①雷达的工作原理：雷达通过转动的天线发射微波信号，这种信号传播的直线性好，遇到障碍物要发生反射，反射信号又被雷达天线接收，测出从发射信号到接收到目标反射信号的时间t，就可以知道目标到雷达的距离
s＝ct
2；再根据发射无线电波的方向和仰角，可准确确定物体的位置．
②雷达的用途：可以探测飞机、舰艇、导弹以及其他军事目标；可以为飞机、船只导航，
可以研究行星、卫星，还可以用来探测暴风、雷雨、云层等．
(3)移动电话
①功能：每一部移动电话就是一个无线电台，它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中；同时它又相当于一台收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方送来的信息．
②特点：a.体积很小，发射功率不大；b.它的天线也很简单，灵敏度不高．因此，它与其他用户的通话要靠基地台转接．
(4)因特网：人们可以通过互联网听音乐、看电影、聊天、购物，可以通过互联网查阅各种资料，进行远程教学、远程医疗，甚至可以与身处世界各地的人召开电视会议．数以亿计的人们通过信息联系起来，通过资源共享和更有效的全球合作，推动人类社会更快向前发展．
【例1】在电视发射端，由摄像管摄取景物并将景物反射的光转换为电信号，这一过程
完成了()
A．电、光转化B．光、电转化
C．光、电、光转化D．电、光、电转化
【导思】根据摄像原理分析．
【解析】 1.摄像管的摄像过程把光信号转化成了电信号，即把一幅图像按照各个部分的明暗情况，逐点地变为强弱不同的信号电流，然后通过天线把带有信号的电磁波发射出去，B 正确，A、C、D错误．
2．摄像管是把光信号变成电信号，而显像管是由电信号转化为光信号．
【答案】 B
传真机原理分析：报纸上印的许多照片都是传真照片，传真是利用无线电波传送图表、书信、照片的一种方法．无线电传真的示意图如下图所示．
简要说明无线电传真的过程、器件及其作用．
答案：见解析
解析：发射机上装有的光电管，将文字、图表转化为电信号，将其附加在高频无线电波上发射出去，接收机利用电谐振原理将其接收，通过辉光管转化为原来的文字、图表在复印纸上复印出来．
无线电波和电磁振荡密切联系，不论发射和接收都和振荡电路相联系．T＝2πLC，f＝1
经常使用．
2πLC
考点二电磁波谱
无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线都是电磁波，将它们按波长或频率排列起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱．
(1)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．无线电波主要用于通信和广播．
(2)红外线：
红外线的波长比红光的波长还长，它不是可见光，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”．
(3)可见光：
可见光的波长约在760 nm到400 nm之间，不同颜色的光是波长(或频率)范围不同的电磁波.
序号红橙黄绿青蓝紫
真空中的波长λ/nm 760～
630
630～
600
600～
570
570～
500
500～
450
450～
430
430～
400
的阳光比较红，是由于大气对波长较短的蓝光、紫光比对波长较长的红光、橙光吸收较强的缘故．
(4)紫外线：
紫外线也不是可见光，其波长比紫光还短，波长范围约为5～370 nm.一切高温物体发出的光中都含有紫外线．紫外线的显著特征是化学作用，能杀死多种细菌，具有消毒功能．而且促使人体合成维生素D，但不能过多照射．
(5)X射线和γ射线：
X射线和γ射线的波长都比紫外线短．
X射线对生命物质有较强的作用，过量的辐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．
γ射线具有很高的能量，在医学上可以用来治疗某些癌症，也可用于探测金属部件内部的缺陷．
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．
【例2】(多选)关于无线电波和可见光，下列说法中正确的是()
A．无线电波的频率比可见光的频率高
B．无线电波的波长比可见光的波长长
C．无线电波的传播速度比可见光的传播速度小
D．无线电波和可见光都可以传播信息
【导思】根据电磁波按照波长大小的排列顺序可得出无线电波的波长大于可见光的波长．
【答案】BD
下列说法正确的是(B)
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和荧光作用
C．可见光比红外线容易发生衍射现象
D．X射线能在磁场中偏转，穿透力较强，可用来进行人体透视
解析：本题易错选D，原因是都知道X射线可以进行人体透视，但是X射线不带电，在磁场中不偏转．
【例3】下面列出了一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理规律和现象，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．这是利用了________．
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射线具有很强的贯穿能力
E．红外线具有显著的热作用
F．红外线波长较长，易发生衍射
【导思】根据各种射线的特点及作用分析．
【解析】(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用穿透能力比较强又不会对人体造成太大伤害的X射线，选择D.
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择C.
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择E.
电磁波在生产、生活和国防中应用广泛，联系实际的试题较多，要提高自己应用知识的能力，在学习过程中要多积累相关素材，并加以分析利用．
【答案】(1)D(2)C(3)E
下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是(D)
A．红外线和X射线都有很强的穿透本领，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．电磁波中频率最大的为γ射线，用它来做衍射实验现象最明显
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析：红外线的主要作用是热作用，也可用于遥测遥感等，原因是其波长相对较长，容易发生衍射，且一切物体均可自发辐射红外线，A错；紫外线的主要作用是化学作用和荧光作用，常用于杀毒、防伪、使底片感光等，但过量照射对人体有害，B错；γ射线波长最短，衍射本领最弱，贯穿本领最强，常用于金属探伤，C错；电磁波是一种能量，均可使底片感光．
考点三电磁波的能量与太阳辐射
1．电磁波的能量
(1)电磁波是一种物质，它是客观存在的真实物质，是物质存在的一种形式；
(2)电磁波具有能量，以电磁场的形式存在的能量，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播；
(3)电磁波不需要其他介质就能传播．
2．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，如下图所示．
(1)太阳辐射的电磁波以可见光为主；
(2)紫外线、红外线相对较多；
(3)黄绿光的能量最强——人眼对黄绿光感受能量较多．
重难疑点辨析
雷达测距的计算方法
解决此类问题的关键是分析清楚雷达发射的无线电波到达障碍物所用时间及位移的关系，利用x ＝ct 解决具体问题．
1．如果有两个(或两个以上)发射与反射脉冲，便可确定一段时间前后物体的两个位置或一段时间内的位移，从而测出物体的运动速度．
2．如果从发射一列波到再接收到这列波的反射波所用的时间为t ，那么雷达与障碍物间的距离x ＝ct
2
，而不是x ＝ct .
【典例】 一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 μs ，两次发射的时间间隔为100 μs ，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示，已知图中刻度ab ＝bc ，则障碍物与雷达之间的距离是多大？
【解析】 图中a 和c 处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b 处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab ＝bc ，可知无线电波发射到返回所用时间为50 μs.
设雷达离障碍物的距离为s ，无线电波来回时间为t ， 波速为c ，由2s ＝ct ，得s ＝ct 2＝3.0×108×50×10－
6
2 m
＝7.5×103 m. 【答案】 7.5×103 m
雷达侦察问题的解决方法
1．电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c ，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离．
2．根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置．
3．雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半．
1．高原上的人皮肤黝黑(C)
A．与高原上人的生活习惯有关
B．与高原上的风力过大有关
C．与高原上紫外线辐射过强有关
D．由遗传本身决定
解析：高原上空气稀薄，对紫外线的反射作用很弱，所以太阳光中含有大量的紫外线，导致高原上的人皮肤黝黑．
2．电磁技术的发展，使得人们的生活发生了很大的变化．关于电磁技术的应用，下列说法正确的是(D)
A．手机与手机之间可以直接通信
B．电磁灶的灶台与锅之间，如果隔有绝缘物质，通电后则锅不可能被加热
C．微波炉内盛放食物的器皿，只能是金属器皿
D．电视信号是电视台将声音与图像信号通过电磁波快速传送到用户处并被电视机接收下来的
3．据报道，新型增强型红外夜视镜已经小规模配发给美国陆军，红外夜视镜是利用了(C)
A．红外线波长长，易绕过障碍物的特点
B．红外线热效应强的特点
C．一切物体都在不停地辐射红外线的特点
D．红外线肉眼不可见的特点
解析：红外夜视镜利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点，故选C.
4．(多选)关于对X射线的叙述，正确的有(BC)
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
解析：X射线是电磁波，故A项错．它穿透能力强，既能使照相底片感光，又可以用来探测藏在行李箱中的金属器具，包括武器等，故B、C项正确．X射线透视人体是利用了它的穿透能力，因为其波长很小，比可见光还小，所以衍射能力很弱．
5．电磁波是指在空间传播的交变电磁场，在真空中的传播速度为3.0×108m/s，无线电波是其中的一种电磁波．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，它们的产生方式不尽相同，波的长度也不同，把它们按波长顺序排列就构成了电磁波谱，如图所示．请根据上述信息及所学知识，结合电磁波谱图回答：
(1)最早发现白光(即可见光)可以发生色散，分解成七种颜色光的物理学家是牛顿；其中，三原色光中波长最短的是蓝光．
(2)广播和电视利用电磁波谱中无线电波来传递声音和图像；飞机黑匣子发出的电磁波信号，在海水中迅速衰减，无法传播，所以黑匣子必须装有能发出声波信号的装置与其同时工作，以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置．
(3)请观察电磁波谱中各种波的波长与频率的关系，可以得出初步结论：波的频率越高，波长越短．
请进一步观察和计算电磁波谱中各种波的波长与频率的关系，可以得出结论：各种波的频率与波长成反比(或各种波的频率与波长乘积相等，且等于光速)．
解析：(1)物理学家牛顿最早发现白光(即可见光)可以发生色散现象；色光的三原色是红、绿、蓝，三原色光中波长最短的是蓝光．
(2)广播和电视利用电磁波谱中无线电波来传递声音和图像；飞机黑匣子发出的电磁波信号，在海水中迅速衰减，无法传播，所以黑匣子必须装有能发出声波信号的装置与其同时工作，以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置．
(3)根据电磁波谱中各种波的波长与频率的关系，可以得出：波的频率越高，波长越短．由c＝fλ可得，各种波的频率与波长成反比(或各种波的频率与波长乘积相等，且等于光速)．
莘莘学子，最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。

每一日所付出的代价都比前一日高，因为你的生命又消短了一天，所以每一日都要更用心。

这天太宝贵，不就应为酸苦的忧虑和辛涩的悔恨所销蚀，抬起下巴，抓住这天，它不再回来。

加油！！。