山东省专用2018_2019学年高中物理第十四章电磁波第45节电磁波与信息化社会电磁波谱讲义含解析新人教版选修3.doc

第4、5节电磁波与信息化社会 电磁波谱1.按电磁波的波长由大到小排列顺序：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。2无线电波的特性是波动性强，可用于通讯、广播。红外线具有较强热效应，可用于遥感、加热等。可见光具有较强的感光性，可用于照明、照相等。紫外线具有化学作用和荧光作用，可用于日光灯、杀菌等。X射线和射线具有较强穿透能力，可用于检查、探测、治疗等。一、电磁波与信息化社会1电磁波的传输信息可以通过电缆、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，再根据发射无线电波的方向和仰角，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、射线。3不同电磁波的特点及应用特点用途无线电波波动性强通讯、广播、导航红外线热作用强加热、遥测、遥感、红外线制导可见光感光性强照明、照相等紫外线化学作用荧光效应杀菌消毒、治疗皮肤病等X射线穿透力强检查、探测、透视、治疗射线穿透力最强探测、治疗1自主思考判一判(1)高频电磁波是信息传送的载体。()(2)雷达是利用微波定位的。()(3)电视机是一种发射电磁波的装置。()(4)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。()(5)射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高。()(6)紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射。()2合作探究议一议(1)如图，中国女航天员王亚平在“天宫一号”为中小学生授课。思考一下，王亚平授课的视频是怎样传到地面上的？提示：通过电磁波来传递。(2)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。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，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。(2)都遵守公式vf，它们在真空中的传播速度都是c3.0108 m/s。(3)它们的传播都不需要介质。(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。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)产生机理不同无线电波振荡电路中电子周期性运动产生红外线、可见光和紫外线原子的外层电子受激发后产生X射线原子的内层电子受激发后产生射线原子核受激发后产生(4)用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，射线检查金属部件的缺陷等。典例电磁波包含了射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是()A无线电波、红外线、紫外线、射线B红外线、无线电波、射线、紫外线C射线、红外线、紫外线、无线电波D紫外线、无线电波、射线、红外线解析电磁波的频率由小到大的顺序依次是无线电波、红外线、紫外线和射线，这也是波长由长到短的顺序。故A正确。答案A1多选在电磁波谱中，下列说法正确的是()A各种电磁波有明显的频率和波长区域界限B射线的频率一定大于X射线的频率CX射线的波长有可能等于紫外线波长D可见光波长一定比无线电波的短解析：选CDX射线和射线，X射线和紫外线有一部分频率重叠界限不明显，故C、D选项正确。2关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是()A红外线具有很强的穿透本领，常用来在医学上做人体透视B适量的紫外线照射有利于人的健康C紫外线热效应显著，制成了紫外线炉D射线最容易用来观察衍射现象解析：选B红外线具有很强的热效应，制成了红外线炉，穿透能力很差，A、C项错；适量的紫外线照射有利于人的健康，过量照射有害身体健康，B项对；射线波长很短，不容易用来观察衍射现象，D项错。3下列说法正确的是()A麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性B红外线的显著作用是热作用，紫外线最显著的作用是化学作用CX射线的穿透本领比射线更强DX射线与射线的产生机理不同，因此它们的频率范围界线分明，不可能重叠解析：选B麦克斯韦提出了光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。X射线是原子的内层电子受激发而产生的，射线是原子核受激发而产生的，产生机理确实不同，但X射线和射线都有一个较大的频率范围，较高频率的X射线与较低频率的射线产生了重叠，其他相邻电磁波间也存在重叠。雷达探测的原理和应用1雷达的原理利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。2雷达的构造及特点一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。(1)雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。(2)雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。典例一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 s，两次发射的时间间隔为100 s，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 abbc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？思路点拨应用ab段为无线电波发射到返回的时间，可求出电磁波的路程，即可求出障碍物与雷达之间的距离。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abbc可知，无线电波从发射到返回所用时间为50 s。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2Sct得S m 7.5103 m。答案7.5103 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.对于雷达指示器的荧光屏上出现的尖形波如图所示，下列说法正确的是()两个尖形波都是雷达向目标发射的无线电波形成的两个尖形波都是雷达收到反射回来的无线电波形成的第一个尖形波是雷达向目标发射的无线电波形成的第二个尖形波是雷达收到反射回来的无线电波形成的ABC D解析：选C第一个尖形波振幅大能量大，是发射的无线电波形成的，第二个尖形波振幅小，能量小，是反射回来的无线电波形成的。2多选雷达是运用电磁波来工作的，它发射的电磁波频率多在300 MHz至1 000 MHz的范围内，已知真空中光速c3108 m/s。下列说法正确的是()A电磁波可由恒定不变的电场和磁场产生B电磁波可由周期性变化的电场或磁场产生C雷达发射的电磁波在真空中的波长范围多在0.3 m至1 m之间D雷达与目标之间的距离可由电磁波从发射到接收的时间间隔确定解析：选BCD电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，A项错误，B项正确；由题中的电磁波的频率范围，再根据算出波长范围为0.3 m到1 m之间，C项正确，设电磁波从发射到接收用时t，则雷达与目标之间的距离为s，D项正确。3一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是()A9105 mB4.5105 mC3105 m D无法确定解析：选B由题图知两波形相差3103 s，即敌机与雷达站距离为svt31083103 m4.5105 m，故B正确。1多选下列关于无线电波的叙述正确的是()A无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波B无线电波在任何介质中传播速度均为3.0108 m/sC无线电波不能产生干涉和衍射现象D无线电波由真空进入介质传播时，波长变短解析：选AD无线电波的波长是从几十千米到几毫米的电磁波，故选项A正确；干涉、衍射是一切波都具有的特性，故选项C错误；无线电波由真空进入介质时，波速变小，故选项B错误；由vf知，频率不变，波速变小，波长变短，故选项D正确。2一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中的()A可见光B射线C无线电波D紫外线解析：选C波能发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小。如图所示，电磁波中的无线电波波长范围是104103 m，红外线波长范围是103107 m，可见光、紫外线、射线的波长更短，所以只有无线电波才符合条件。3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解析：选D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D正确。4下列关于电磁波的特性和应用，说法正确的是()A红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用来在医学上做透视人体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是射线，最容易用来观察衍射现象D紫外线和X射线都可以使照相底片感光解析：选D电磁波具有能量，紫外线和X射线都能使底片感光。5科学家曾经设想通过高耸的天线塔，以无线电波的形式将电能输送到指定地点，但一直没有在应用层面上获得成功，其主要原因是这类无线电波()A在传输中很多能量被吸收B在传播中易受山脉阻隔C向各个方向传输能量D传输能量易造成电磁污染解析：选C电磁波可以向各个方向传播，而电能的输送需要定向传播。6.各地接收卫星电视讯号的抛物面天线如图所示，天线顶点和焦点连线(OO)与水平面间的夹角为仰角，OO在水平面上的射影与当地正南方向的夹角为偏角，接收定位于东经105.5的卫星电视讯号(如CCTV5)时，OO连接应指向卫星，我国各地接收天线的取向情况是()A有0，90的B与卫星经度相同的各地，随纬度的增高而减小C经度大于105.5的各地，天线是朝南偏东的D在几十甚至几百平方千米的范围内，天线取向几乎是相同的(我国自西向东的经度约为73135)解析：选B我国领土的最南端在北纬4附近，所以不会出现90的情况，A错；天线所在位置处的纬度越高，距卫星越远，所以越小，B正确；经度大于105.5的各地，天线应是朝南偏西方向，故C错；位置不同，天线的取向不同，故D错。7.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。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()AMNBNPCPQD无法确定解析：选C红外线频率低，折射时的偏角最小，因此射到PQ区域，由于红外线热作用强，所以选项C正确。8科学技术是一把双刃剑。电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生日新月异变化的同时也存在副作用电磁污染。频率超过0.1 MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁。按照有关规定，人体所受到的电磁辐射强度(即单位时间内垂直通过单位面积的电磁波的能量)不得超过某一规定值Ie。已知某无线通信设备发射电磁波的功率为P，设该通信设备向四面八方均匀地发射电磁波，且电磁波在传播过程中无能量损失。由数学知识可知，球面的面积S4r2(式中r为球半径)，球半径与球面总是垂直的。根据上述资料，可估算出人体到该通信设备发射电磁波处的安全距离至少应为多少时，人体所受的电磁辐射强度才不会超过规定值？解析：设人到发射电磁波处的距离为r。以发射电磁波处为球心，以r为半径作一球面，若球面上电磁波的辐射强度为Ie。则：4r2IeP，所以，r 即人离波源的距离至少为 才是安全区。答案：