2020金版教程高中物理选修3-4第十四章 第5节

第5节电磁波谱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．知道电磁波可以传递能量，知道太阳辐射的特点。

电磁波谱：把各种电磁波按波长或频率的大小顺序排列起来，就组成了□01电磁波谱。

按照波长从长到短依次排列为：□02无线电波、□03红外线、□04可见光、□05紫外线、□06X射线、□07γ射线。

不同的电磁波由于具有不同的□08频率(波长)，才具有不同的特性。

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，主要用于□09通信和□10广播。

2．红外线它是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长，不能引起人的视觉。

所有□11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□12强，主要应用于加热、红外摄影等。

3．可见光可见光的波长在760 nm到400 nm之间。

分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。

不同颜色的光波长(频率)□13不同。

4．紫外线波长范围在5 nm到370 nm之间，不能引起人的视觉，紫外线具有较高的能量，因此可以利用紫外线□14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□15防伪措施。

5．X射线和γ射线(1)X射线X射线能够穿透物质，可以用来□16检查人体内部器官；在工业上，利用X射线□17检查金属零件内部的缺陷。

(2)γ射线具有很高的能量，穿透能力更强。

主要应用有：医学上具有治疗□18癌症的作用，工业上具有□19探测金属部件内部的缺陷。

6．电磁波传递能量电磁波传递□20能量，电磁波是一种□21物质。

7．太阳辐射太阳辐射中不仅含有可见光，还有无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线，其能量主要集中在□22可见光、□23红外线和□24紫外线三个区域。

判一判(1)X射线是电磁波，它由速度较高的电子构成。

()(2)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。

()(3)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。

()提示：(1)×(2)×(3)×课堂任务电磁波谱及各种电磁波一、电磁波谱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。

如图所示是按波长由大到小(频率由小到大)顺序排列的。

(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。

无线电波用于通信、广播及其他信号传输。

广播电台和电视台都有发射无线电波的设备，许多自然过程也辐射无线电波。

如天文学家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。

(2)红外线红外线是一种光波，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。

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”。

(3)可见光可见光的波长在760 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。

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。

(4)紫外线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。

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。

(5)X射线和γ射线人们用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射线检查金属零件内部的缺陷。

机场、车站等地进行安全检查时，X射线能轻而易举地窥见箱内的物品。

“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。

医生可以从中看出是否发生了病变。

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，可用于探测金属部件内部的缺陷。

2．各种电磁波的共性与个性(1)共性①它们在本质上都是电磁波，它们遵循相同的规律，各波段之间并没有绝对的界线。

②都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s。

③它们的传播都不需要介质。

④它们都具有反射、折射、衍射、干涉和偏振的特性。

(2)个性①不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长，越容易产生干涉、衍射现象，波长越短，穿透能力越强。

②同频率的电磁波在不同介质中传播速度不同。

不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越大，折射率越大，速度越小。

③用途不同。

二、电磁波传递能量电磁波是运动中的电磁场，它可以传递能量。

微波炉的工作应用的是一种电磁波——微波。

食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加。

增加的能量是微波传递给它的。

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。

三、太阳辐射的特点太阳光中含有无线电波、可见光、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，如图所示。

从图中可以看到，波长在5.5×10－7m的黄绿光附近，辐射的能量最强。

我们的眼睛正好对这个区域的电磁辐射最敏感。

眼睛把太阳在最强辐射区的辐射作为自己的接收对象，这样就能看到最多的东西，获得最丰富的信息。

例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(1)医学上常用于透视人体的是哪种射线？为什么？提示：X射线，X射线的穿透本领强。

(2)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。

[规范解答]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，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，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，C错误。

[完美答案] D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。

[变式训练]2011年3月11日，日本发生里氏9.0级地震，地震和地震引发的海啸造成大量建筑物倒塌。

为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来，我国及时派出了救援队。

救援队在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员，这种仪器主要是接收人体发出的()A．可见光B．红外线C．紫外线D．声音答案 B解析不同温度的物体会发出不同频率的红外线，生命探测仪就是根据人体发出的红外线与周围环境辐射的红外线不同而寻找的，B正确。

A组：合格性水平训练1．(电磁波谱)下列各组电磁波，按频率由高到低的正确排列顺序是() A．无线电波、红外线、可见光、X射线B．X射线、红外线、可见光、无线电波C．X射线、可见光、红外线、无线电波D．无线电波、可见光、红外线、X射线答案 C解析由c＝fλ，得波长越长，频率越低。

根据电磁波按波长排列顺序，可得按频率由高到低排列的顺序是X射线、可见光、红外线、无线电波，C正确。

2．(红外线)红外夜视镜在美国对伊拉克反美武装力量实施的夜间打击中起到重要作用，红外夜视镜是利用了()A．红外线波长长，易绕过障碍物的特点B．红外线的热效应强的特点C．一切物体都在不停地辐射红外线的特点D．红外线不可见的特点答案 C解析一切物体都在不停地辐射红外线，而且温度不同，辐射的红外线强度不同，可利用红外线成像进行夜间观察。

3．(可见光)日出和日落时太阳看起来特别红。

这是由于()A．光的色散B．大气的全反射C．大气的折射D．红光的波长大答案 D解析太阳初升和西沉时，阳光通过较厚的空气层。

紫光、蓝光的波长较短，被空气吸收得较多；而红光的波长较长，被吸收得最少，直射而来的红光也就最多，因此，这时候太阳呈现红色。

4．(电磁波谱)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；宇宙星际间的温度约为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：物体温度越高，其发出的电磁波波长越短，宇宙星际间的温度约为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。

5．(各种电磁波的应用)下列说法中正确的是()①夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的②医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的③科学家关注南极臭氧层空洞是因为它对动植物有害④在热学中所说的热辐射就是红外线辐射A．①②B．①③C．②④D．③④答案 D解析热效应最强的是红外线，热辐射即红外线辐射，①错误，④正确；穿透本领最强的是γ射线，②错误；臭氧层能防止紫外线照射到地球上，使地球上的动植物免受过强紫外线的伤害，③正确，故选D。

6．(电磁波谱)太阳光通过棱镜时，在竖直放置的屏幕上形成如图所示的光带(忽略棱镜对各色光的吸收)。

若将灵敏温度计的球部放在屏幕上的MN、NP、PQ区域时，在哪个区域上升的示数最大()A．MN B．NPC．PQ D．无法确定答案 C解析由光的色散可知，从Q→M各频段的电磁波依次为红外线→可见光→紫外线，由于红外线的热作用最强，故选C。

7．(电磁波谱)(多选)等离子显示屏是一种以等离子管作为发光元件，并由大量的等离子管排列在一起构成的屏幕。