(共19张PPT)
本章整合
第4章
2021
知识网络 体系构建
电
磁
波
电
磁
波
重点题型 归纳整合
一
电磁振荡过程分析
理解:两物理量、两过程、两瞬间
1.分析两类物理量:电荷量Q决定了电场能的大小,电容器极板间电压U、电场强度E、电场能EE的变化规律与Q的变化规律相同;振荡电流i决定了磁场能的大小,线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ、磁场能EB的变化规律与i的变化规律相同。
2.两个过程:放电过程电荷量Q减小,振荡电流i增加;充电过程电荷量Q增加,振荡电流i减小。
3.两个瞬间:放电完毕瞬间Q=0,i最大;充电完毕瞬间i=0,Q最大。
例1如图所示,i-t图像表示LC振荡电流随时间变化的图像,在t=0时刻,电路中电容器的M板带正电,在某段时间里,电路的磁场能在减少,而M板仍带正电,则这段时间对应图像中的哪一段
解析 由i-t图像可得,在t=0时刻电容器开始放电,电路中电容器的M板带正电,故电流方向逆时针为正方向。某段时间里,电路的磁场能在减少,说明电路中的电流在减小,是电容器的充电过程,此时M板带正电,说明此时电流方向为负,符合电流减小且为负值的只有cd段。
答案 cd
方法技巧 LC振荡电路充、放电过程的判断方法:(1)根据电流流向判断。当电流流向带正电的极板时,电容器的电荷量增加,磁场能向电场能转化,处于充电过程;反之,当电流流向带负电的极板时,电荷量减少,电场能向磁场能转化,处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断。当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁场B)减小时,处于充电过程;反之,处于放电过程。(3)根据能量判断。电场能增加时充电,磁场能增加时放电。
变式训练1(多选)(2021湖北荆门检测)LC回路中电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示,则( )
A.在t1时刻,电路中的电流最大
B.在t2时刻,电路中的磁场能最多
C.在t2至t3的过程中,电路中的电场能不断增加
D.在t3至t4的过程中,电容器带的电荷量不断增加
解析 t1时刻电容器两端电压最高,电路中振荡电流为零,t2时刻电容器两端电压为零,电路中振荡电流最大,磁场能最多,故选项A错误,B正确。在t2至t3的过程中,由题图可知,电容器两极板间电压增大,电场能增加,选项C正确。在t3至t4的过程中,电容器两极板间电压减小,电容器带的电荷量不断减少,选项D错误。
答案 BC
二
电磁波的产生、发射和接收
1.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。
2.电磁场:交变的电场和交变的磁场相互联系,形成一个统一的、不可分割的整体,这就是电磁场。
3.电磁波:在空间交替变化并传播出去的电磁场形成电磁波。(1)电磁波是横波,在空间传播不需要介质。(2)真空中电磁波的速度为3.0×108 m/s。(3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象。
4.电磁波的发射:(1)发射条件——足够高的频率和开放电路。(2)调制分类——调幅和调频。
5.电磁波的接收:(1)调谐——使接收电路产生电谐振的过程。(2)解调——使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程。
例2(多选)声呐能发射超声波,雷达能发射电磁波,超声波和电磁波相比较,下列说法正确的是 ( )
A.超声波与电磁波传播时,都向外传递了能量
B.电磁波既可以在真空中传播,又可以在介质中传播,超声波只能在介质中传播
C.在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比,均是在空气中传播时具有较大的传播速度
D.超声波是纵波,电磁波是横波
解析 超声波与电磁波传播时,都向外传递了能量,A正确;声呐发出的超声波是机械波,不可以在真空中传播,B对;机械波在空气中传播时速度较小,在其他介质中传播时速度大,而电磁波恰好相反,C错;声波是纵波,电磁波是横波,D正确。
答案 ABD
方法技巧 各种不同的电磁波既有共性,又有个性。(1)共性:它们在本质上都是电磁波,它们的行为服从相同的规律,都遵守公式v=fλ,它们在真空中的传播速度都是c=3.0×108 m/s,它们的传播都不需要介质,各波段之间并没有绝对的区别。(2)个性: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,观察干涉、衍射现象越困难。正是这些不同的特性决定了它们不同的用途。
三
电磁波谱
波长越长,波动性越强,穿透性越弱
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等合起来构成了范围广阔的电磁波谱,如图所示。
例3(多选)下列有关电磁波的说法中正确的是( )
A.电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波
B.电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线
C.频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播
D.雷达用的是微波,因为微波传播的直线性好
解析 波长越长,越容易发生衍射现象,在电磁波谱中,无线电波波长最长,γ射线的波长最短,故A错误,B正确;波长越短,频率越大的电磁波,其衍射现象越不明显,传播的直线性越好,遇到障碍物反射性越好,故C、D正确。
答案 BCD
方法技巧 从无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线到γ射线,都是本质相同的电磁波。将这些电磁波按照波长或频率顺序排列,就构成了电磁波谱。波长较长的无线电波很容易观察到波的衍射,而波长很短的X射线、γ射线很难观察到衍射现象。
变式训练2(2020浙江诸暨牌头中学检测)电磁波在生活中有着广泛的应用。不同波长的电磁波具有不同的特性,因此也有不同的应用。下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是( )
A.雷达——无线电波 B.手机——X射线
C.紫外消毒柜——紫外线 D.遥控器——红外线
解析 雷达是利用了无线电波中的微波来测距的,故A正确;手机采用的是无线电波,X射线对人体有很大的辐射,不能用于通信,故B错误;紫外线具有很强的消毒作用,故C正确;红外线可以用于遥控器,故D正确。
答案 B(共52张PPT)
第1节 电磁波的产生
第4章
2021
学习目标
1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点,了解电磁场与电磁波的联系和区别以及电磁波的特点。(物理观念)
2.了解赫兹实验的原理及意义。(科学探究)
3.了解电磁振荡的概念,知道什么是振荡电流和LC振荡电路,理解振荡电流产生的过程和能量转化情况。(科学思维)
4.知道什么是电磁振荡的周期和频率,知道LC电路的周期和频率公式。
(科学思维)
思维导图
课前篇 自主预习
【必备知识】
一、麦克斯韦的预言
1.麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场周围会产生电场
麦克斯韦提出,在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场,不管有无闭合电路,变化的磁场激发的涡旋电场总是存在的,如图甲所示。
(2)变化的电场周围会产生磁场
麦克斯韦从场的观点得出,即使没有电流存在,只要空间某处的电场发生变化,就会在其周围产生涡旋磁场,如图乙所示。
(3)变化的电场和磁场是相互联系的,形成一个不可分割的统一的场,这就是电磁场。
2.电磁波
(1)电磁波的产生:交变的电场周围产生频率相同的交变的磁场,交变的磁场周围产生频率相同的交变的电场,交变的电场和交变的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波。
(2)在真空中,电磁波的速度c=3.0×108 m/s。
想一想麦克斯韦根据什么认为“变化的磁场产生电场”
提示 麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变化的磁场产生电场”的假设。
二、赫兹的实验
1.赫兹实验装置(如图所示)。实验现象:当感应圈两个金属球间有火花跳过时,导线环两个小球间也跳过火花。
赫兹实验原理示意图
2.现象分析:当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时,空间出现了迅速变化的电磁场,这种电磁场以电磁波的形式在空间传播,当电磁波到达导线环时,它在导线环中激发出感应电动势,使得导线环的空隙中也产生了火花放电现象。
3.实验结论:赫兹证实了电磁波的存在。
想一想赫兹,德国物理学家,于1888年首先证实了电磁波的存在,并对电磁学有很大的贡献,故频率的国际单位制单位以他的名字命名。如图所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置。
(1)当接在高压感应线圈上的两金属球间有电火花时,导线环上两小球间也会产生电火花,这是为什么
(2)这个实验证实了什么问题
提示 (1)当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场,这种变化的电磁场传播到导线环时,它在导线环中激发出感应电动势,使导线环上两小球间也会产生电火花;(2)这个实验证实了电磁波的存在。
三、电磁振荡
1.振荡电流:大小和方向都周期性变化的电流。
2.振荡电路:产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容器C所组成的电路就是一种基本的振荡电路,称为LC振荡电路。
3.电磁振荡的过程分析
(1)放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减少,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为磁场能,振荡电流逐渐增大,放电完毕,电流达到最大,电场能全部转化为磁场能。
(2)充电过程:电容器放电完毕后,由于线圈的自感作用,电流保持
原来的方向并逐渐减小,电容器将进行反向充电,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,振荡电流逐渐减小,充电完毕,电流减小为零,磁场能全部转化为电场能。此后,这样充电和放电的过程反复进行下去。
4.电磁振荡
在LC振荡电路中,电容器极板上的电荷量,电路中的电流,与振荡电流相联系的电场和磁场也周期性交替变化,电场能和磁场能相互转化。这种现象称为电磁振荡。
5.电磁振荡的周期和频率
(1)电磁振荡的周期T:完成一次周期性变化的时间。
(2)电磁振荡的频率f:一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比。
6.LC电路的周期和频率
(2)单位:周期(T)、频率( f )、自感(L)、电容(C)的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。
想一想(1)电磁振荡的实质是什么
(2)振荡电流实际上就是交流电,对吗
(3)如何理解电磁振荡中的“电”和“磁”
提示 (1)在电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量,电路中的电流,与振荡电流相联系的电场和磁场都在周期性变化,电场能和磁场能也随着做周期性的转化。(2)对。振荡电流实际上就是交流电,由于频率很高,习惯上称之为振荡电流。(3)电磁振荡中的“电”不仅指电容器两极板上的电荷,也指该电荷产生的电场(电场强度、电势差、电场能);“磁”不仅指线圈中的电流,也指该电流产生的磁场(磁场能、磁感应强度)。电磁振荡是指这些电荷、电场、电流、磁场都随时间做周期性变化的现象。
【自我检测】
1.正误判断(判定结果为错误的小题请写出原因)
(1)变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场。( )
解析 根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的磁场在周围空间产生稳定的电场。
答案 ×
(2)在赫兹发现电磁波的实验基础上,麦克斯韦提出了完整的电磁场理论。( )
解析 麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,而后赫兹第一个用试验证明了电磁波的存在。
答案 ×
(3)在LC振荡电路中,回路中电流值最大时刻,回路中磁场能最大。( )
答案 √
(4)任何通电导体周围空间都会产生电磁波。( )
解析 迅速变化的电流周围产生电磁波,并不是任何通电导体周围空间都会产生电磁波。
答案 ×
2.(2021湖南株洲凤凰中学检测)电磁场理论是谁提出的( )
A.法拉第 B.赫兹
C.麦克斯韦 D.安培
解析 电磁场理论是由麦克斯韦提出的,并由赫兹首先验证。故C正确。
答案 C
3.(2020云南江川二中检测)某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线,这可能是( )
A.在中心点O有一静止的点电荷
B.沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线
C.沿BA方向的磁场在减弱
D.沿AB方向的磁场在减弱
解析 首先应知道闭合的电场线是由变化的磁场产生的,闭合的电场线类似于环形电流,根据楞次定律环形电流产生的磁场由B→A,阻碍原磁场的变化,所以BA方向的磁场在减弱,选C。
答案 C
课堂篇 探究学习
问题一
麦克斯韦电磁场理论
【情境探究】
科学史上,称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来是实现第一次大综合,麦克斯韦把电、磁学统一起来是实现第二次大综合,因此应与牛顿齐名。麦克斯韦建立的电磁场理论,将电学、磁学、光学统一起来,是19世纪物理学发展的最光辉的成果,是科学史上最伟大的综合之一。
(1)均匀变化的磁场(或电场)产生怎样的电场(或磁场)
(2)周期性变化的磁场(或电场)产生怎样的电场(或磁场)
要点提示 (1)均匀变化的磁场(或电场)产生恒定的电场(或磁场)。(2)周期性变化的磁场(或电场)产生同频率周期性变化的电场(或磁场)。
【知识点拨】
1.电磁场的产生
如果在空间某处有交变的电场,那么这个交变的电场就在它周围空间产生频率相同的交变的磁场,这个交变的磁场又在它周围空间产生频率相同的交变的电场——交变的电场和交变的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场
画龙点睛 麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点是变化的磁场产生电场和变化的电场产生磁场。根据麦克斯韦电磁场理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,形成电场和磁场的统一体,它由近及远地向周围传播。
【典例剖析】
例1(2021北京朝阳检测)下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是( )
解析 题中A、B选项所描述的磁场是稳定的,由麦克斯韦电磁场理论可知其周围空间不会产生电场,A错误,B错误;题中C选项描述的是周期性变化的磁场,它能产生同频率周期性变化的电场,且磁通量的变化率最大时电场强度最强,其相位差为 ,C正确;题中D所描述的是周期性变化的电场,在其周围空间产生周期性变化的磁场,其相位差为π,D错误。
答案 C
规律方法 麦克斯韦电磁场理论
1.交变的电场和交变的磁场相互关联,形成一个统一的场,即电磁场。
2.变化的磁场周围一定存在着电场,与是否有闭合电路无关。
3.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场。
变式训练1(2021辽宁营口二中检测)根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
解析 根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有D正确。
答案 D
问题二
电磁振荡中能量的转化
【情境探究】
如图所示,将开关S掷向1,先给电容器充电,再将开关掷向2。
(1)电容器通过线圈放电过程中,线圈中的电流怎样变化 电容器的电场能转化为什么形式的能
(2)在电容器反向充电过程中,线圈中电流如何变化 电容器和线圈中的能量是如何转化的
(3)线圈中自感电动势的作用是什么
要点提示 (1)电容器放电过程中,线圈中的电流逐渐增大,电容器的电场能转化为磁场能。
(2)在电容器反向充电过程中,线圈中电流逐渐减小,线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。
(3)线圈中电流变化时,产生的自感电动势阻碍电流的变化。
【知识点拨】
1.振荡电流和振荡电路
(1)振荡电流:大小和方向都做周期性变化的电流。
(2)振荡电路:产生振荡电流的电路。基本的振荡电路为LC振荡电路。
理解一图一表
2.电磁振荡过程中各物理量的变化
画龙点睛 电容器充放电与能量转化:电容器充电时,磁场能转化为电场能;电容器放电时,电场能转化为磁场能。
【典例剖析】
例2(2020河北邢台二中检测)如图所示,L是不计电阻的电感器,C是电容器,闭合开关K,待电路达到稳定状态后,再断开开关K,LC电路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正,断开开关K的时刻为t=0,那么下列四个图中能够正确表示电感中的电流随时间变化规律的是( )
解析 开关闭合时,电流从a流向b为正,当断开开关后,电感器与电容器构成一振荡电路,此时ab中有正向最大电流,随后形成振荡电流,根据振荡电流的规律,可知选项B正确。
答案 B
变式训练2(多选)
(2020广东揭阳一中检测)如图所示,L为一电阻可忽略的线圈,D为一灯泡,C为电容器,开关S处于闭合状态,灯泡D正常发光,现突然断开S,并开始计时,能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i(规定顺时针方向为正)随时间变化的图像是(图中q为正值表示a极板带正电)( )
解析 开关S断开前,电容器C短路,线圈中电流从上向下,电容器不带电;S断开时,线圈L中产生自感电动势,阻碍电流减小,电容器C充电,此时LC回路中电流i沿顺时针方向(正向)最大;电容器充电过程,电容器带电荷量最大时(a板带负电),线圈L中电流减为零。此后,LC回路发生电磁振荡形成交变电流。综上所述,选项B、C正确。
答案 BC
问题三
电磁振荡的周期和频率
【情境探究】
如图所示的电路。
(1)如果仅更换自感系数L更大的线圈,将开关S掷向1,先给电容器充电,再将开关掷向2,电容器通过线圈放电,线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大 “阻碍”作用是否也更大
由于延缓了振荡电流的变化,振荡周期T会怎样变化
(2)如果仅更换电容C更大的电容器,将开关S掷向1,先给电容器充电,电容器的带电荷量是否增大 再将开关掷向2,电容器通过线圈放电,放电时间是否相应地变长 振荡周期T是否变长
要点提示 (1)自感电动势更大,“阻碍”作用更大,周期变长。
(2)带电荷量增大,放电时间变长,周期变长。
【知识点拨】
1.周期与频率
(1)周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间,用T表示。
(2)频率:一秒钟内电磁振荡完成周期性变化的次数,用f表示。
(3)周期与频率的关系:
2.LC回路的周期和频率 取决于L、C
说明:①LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定,与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关,所以称为LC电路的固有周期和固有频率。
②使用周期公式时,一定要注意单位,T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨(H)、法拉(F)、赫兹(Hz)。
③电感L和电容器C在LC振荡电路中既是能量的转换器,又决定着这种转换的快慢,L或C越大,能量转换时间也越长,故周期也越长。
【典例剖析】
例3(2020湖北武汉月考检测)要想升高LC振荡电路中产生的振荡电流的频率,可采用的方法是( )
A.增大电容器两极板的间距 B.升高电容器的充电电压
C.增加线圈的匝数 D.在线圈中插入铁芯
解析 振荡电流的频率由LC回路本身的特性决定, 。增大电容器两极板间距,电容减小,振荡频率升高,A正确;升高电容器的充电电压只能改变振荡电流的强弱,对振荡电流的周期和频率没有影响,B错误;增加线圈的匝数和在线圈中插入铁芯,都会使自感系数增大,致使频率降低,C、D错误。
答案 A
规律方法 电磁振荡周期相关题目的解题方法
变式训练3(多选)(2020江苏江都中学检测)电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的,现发现电子钟每天要慢30 s,造成这一现象的原因可能是( )
A.电池用久了
B.振荡电路中电容器的电容大了
C.振荡电路中线圈的电感大了
D.振荡电路中电容器的电容小了
解析 电子钟变慢,说明LC振荡电路的振荡周期变大,根据公式 可知,振荡电路的电容变大或线圈中的电感变大都会导致振荡电路的周期变大,故选B、C。
答案 BC
随堂检测
1.(2020江苏东海二中检测)下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.电磁波必须依赖介质传播
B.电磁波可以发生衍射现象
C.电磁波不会发生偏振现象
D.电磁波无法携带信息传播
解析 电磁波在真空中也能传播,A错误;衍射是一切波所特有的现象,B正确;电磁波是横波,横波能发生偏振现象,C错误;所有波都能传递信息,D错误。
答案 B
2.(多选)(2020四川绵阳南山中学检测)如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的图像,由图可知( )
A.在t1时刻,电路中的磁场能最小
B.从t1到t2,电路中的电流不断减小
C.从t2到t3,电容器不断充电
D.在t4时刻,电容器的电场能最小
解析 由题图可以看出t1时刻,电容器极板上的电荷量最大,则电路中的电流为零,磁场能为零,磁场能最小,选项A正确;从t1到t2,电容器极板上的电荷量减小,电路中电流增大,选项B错误;从t2到t3,电容器极板上的电荷量增大,电容器不断
充电,选项C正确;在t4时刻,电容器极板上的电荷量为零,电容器的电场能为零,电容器的电场能最小,选项D正确。
答案 ACD
3.如图所示,L为电阻不计的自感线圈,已知LC电路振荡周期为T,开关S闭合一段时间。S断开时开始计时,当t= 时,L内部磁感应强度的方向为 ;电容器极板间电场强度的方向为 (均选填“向下”或“向上”)。
解析 开关S闭合时,由于自感线圈电阻不计,故电容器两端的电压为零,电容器不带电。当开关S断开时,由于线圈的自感作用,电流不能立即减小为零,对电容器开始充电,当t= 时,线圈中电流方向向上,由安培定则可知,此时L内部磁感应强度方向向下,电容器上极板此时带正电,电场强度的方向向下。
答案 向下 向下
4.LC振荡电路的电容C=556 pF,电感L=1 mH,若能向外发射电磁波,则其周期是多少 电容器极板所带电荷量从最大变为零,经过的最短时间是多少
答案 4.68×10-6 s 1.17×10-6 s(共40张PPT)
第2节 电磁波的发射、传播和接收
第4章
2021
学习目标
1.了解电磁波的发射、传播和接收的基本原理。(科学思维)
2.知道调制、调谐、电谐振、解调(检波)等概念的意义及区别。(物理观念)
3.了解无线电波的三种主要传播途径及其特点。(科学思维)
思维导图
课前篇 自主预习
【必备知识】
一、电磁波的发射
1.发射条件
(1)振荡频率足够高;
(2)电场、磁场尽可能分布到较大的空间。
2.开放电路
为了满足发射条件,可以减小电容器的极板面积,增大极板间距,使电容器变成两条长的直导线,一条深入高空成为天线,另一条接入地下成为地线,形成开放电路。
3.电磁波的调制
把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫做调制,常用的调制方式有
调频和调幅两种。
想一想开放电路是如何形成的
提示 在LC振荡电路中减小电容器的极板面积,增大极板间距,使电容器变成两条长的直线,一条竖立在高空成为天线,另一条接入地下成为地线,使电场完全暴露在空中,形成开放电路。
二、电磁波的传播
1.无线电波通常有三种传播途径:地波、天波和空间波。
2.地波是沿地球表面空间传播的无线电波。在无线电技术中,通常采用地波的形式传播长波、中波和中短波。
3.天波是靠大气中电离层的反射传播的无线电波。短波最适合采用天波的形式传播。
4.空间波是像光束那样沿直线传播的无线电波。这种传播方式适用于
超短波和微波通信,此外卫星中继通信、卫星电视转播等也主要是利用空间波作为传输途径。
想一想(1)电磁波的传播速度由什么决定
(2)由空气进入水中,电磁波会发生怎样的变化
提示 (1)电磁波的传播速度由介质和频率共同决定。(2)电磁波的频率不变,传播速度变小,波长变短。
三、电磁波的接收
1.电谐振现象
当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生电流最强的现象。与机械振动中的共振现象类似。
2.调谐
在无线电技术中,对空间存在的各种频率的电磁波,需要选择某一种特定的频率接收的过程。
3.调谐电路
能够进行调谐的接收电路。
调节调谐电路可调电容或电感,改变电路的固有频率,使它与要接收的电台的电磁波的频率相同,这个电磁波在调谐电路里激起的电流最强。
想一想(1)电磁波的发射应该采用怎样的电路
(2)电视机是怎样接收电视信号的
(3)障碍物与雷达间距该如何确定
提示 (1)应该用开放电路。
(2)由电视天线接收电磁波,经调谐、解调后得出所需信号。
(3)障碍物与雷达间距为 ,其中t为发射无线电波到接收反射波的时间,c为光速。
【自我检测】
1.正误判断(判定结果为错误的小题请写出原因)
(1)为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,必须是闭合电路。( )
解析 为了有效地向空间辐射能量,必须是开放电路。
答案 ×
(2)当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强。( )
答案 √
(3)当电磁波在空间传播时,电磁能也随着一起传播。( )
答案 √
(4)电视接收天线收到电磁波经过调制和解调还原成图像和声音。( )
解析 电视接收天线收到电磁波经过解调还原成图像和声音。
答案 ×
2.(2021湖南长沙一中期末)为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载到电磁波上发射到远方,必须对振荡电流进行( )
A.调谐 B.放大
C.调制 D.检波
解析 把要传递的信息(如声音、图像等)加载到电磁波上发射出去的过程叫做调制,故只有C正确,A、B、D三项应是电磁波接收端需进行的过程。
答案 C
3.(多选)(2020江苏高邮界首中学检测)关于电磁波的接收,下列说法正确的是( )
A.当处于电谐振时,所有的电磁波都能在接收电路中产生感应电流
B.当处于电谐振时,只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流
C.由调谐电路接收的感应电流,再经过耳机就可以听到声音了
D.由调谐电路接收的感应电流,再经过检波、放大,通过耳机才可以听到声音
解析 当处于电谐振时,所有的电磁波都能在接收电路中产生感应电流,只不过频率跟调谐电路固有频率相等的电磁波,在接收电路中激发的感应电流最强。由调谐电路接收的感应电流,要再经过检波(也就是调制的逆过程)、放大,通过耳机才可以听到声音,故正确选项为A、D。
答案 AD
课堂篇 探究学习
问题一
电磁波的发射
【情境探究】
将两根铝管固定在感应线圈的两极上,另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上,如图所示。
(1)接通感应线圈电源,把手柄上两铝管平行靠近感应线圈上的两铝管,你看到了什么现象 为什么
(2)当把感应线圈两极上的铝管拆掉后,把手柄靠近感应线圈有什么现象 为什么
要点提示 (1)微安表头指针偏转,因为绝缘手柄上的铝管接收到了电磁波。(2)没有装铝管时,微安表头指针不偏转,说明绝缘手柄上的铝管没有接收到电磁波。因为发射电磁波要有天线。
【知识点拨】
1.有效发射电磁波的条件 高频振荡、开放电路
要有效地向外发射电磁波,振荡电路必须具有的两个特点:
(1)要有足够高的振荡频率。频率越高,振荡电路发射电磁波的本领越大,如果是低频信号,要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。
(2)采用开放电路。采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间,如下图。
由闭合回路变成开放电路
实际的开放电路:线圈的一端用导线与大地相连;线圈的另一端与架在空中的天线相连。无线电波就是由这样巨大的开放电路发射出去的。
2.调制 调振幅、调频率
(1)调制:在电磁波的发射过程中,使电磁波随各种信号而改变的技术。
(2)调制的分类
①调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。
②调频:使高频电磁波的频率随信号而改变的调制技术,如图所示。
画龙点睛 无线电波的发射:由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流,用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上,再耦合到一个开放电路中激发出无线电波,向四周发射出去。
【典例剖析】
例1(多选)关于无线电波的发射过程,下列说法正确的是( )
A.必须对信号进行调制
B.必须使信号产生电谐振
C.必须把传输信号加到高频电流上
D.必须使用开放回路
解析 电磁波的发射过程中,一定要对低频输入信号进行调制,用开放电路发射;为了有效地向外发射电磁波,必须把传输信号加到高频电流上,选项A、C、D正确。而产生电谐振的过程是在接收电路,选项B错误。
答案 ACD
规律方法 LC电路与开放电路
(1)如果LC电路是闭合的,它不利于向外发射电磁波,因为发射电磁波需要把振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间中,才能有效地把能量传播出去。
(2)LC振荡电路与开放电路耦合后,振荡电路中产生的高频振荡电流通过两个电路线圈间的互感作用,使开放电路中也产生同频率的振荡电流,振荡电流在开放电路中激发出无线电波,向四周发射,所以发射出电磁波的频率就等于LC振荡电路中电磁振荡的频率。
变式训练1(多选)(2020山西阳高高中检测)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间,除了使用开放电路,还可以( )
A.增大电容器极板间的距离
B.减小电容器极板的面积
C.减小线圈的匝数
D.采用低频振荡电流
解析 使用开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法;由 可知,选项A、B、C正确。
答案 ABC
问题二
电磁波的传播与接收
【情境探究】
莱顿瓶是一个玻璃瓶,瓶里瓶外分别贴有锡箔,瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接,棒的上端是一个金属球。由于它是在莱顿城发明的,所以叫莱顿瓶,这就是最初的电容器。如图甲所示,用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖管的矩形接收框)、感应线圈和直流电源连成电路。如图乙所示,发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距约1~2厘米,氖管两端分别接莱顿瓶的内壁和外壁金属箔。感应线圈高压加在铜球和莱顿瓶上,使铜球间发生火花放电。
(1)调节接收框上的可移动的竖直金属滑动杆,使它从最右端慢慢向左移动,观察接收框上的氖管发光有什么变化
(2)说明产生这种变化的原因
要点提示 (1)滑动杆向左滑动的过程中,氖管先变亮后变暗,当矩形接收框与发射框的大小差不多时氖管最亮;
(2)当两框大小相等时,两框的自感系数近似相等,与莱顿瓶组成的LC振荡电路的固有频率近似相同,发射电路与接收电路发生电谐振,接收框接收到的信号最强,所以氖管最亮。
【知识点拨】
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.电磁波的接收原理
(1)电磁波在空间传播时,如果遇到导体,就会使导体产生感应电流,感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体,就可以接收到电磁波。
(2)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强。
3.接收电路
(1)调谐:当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强的现象叫做电谐振。使接收电路产生电谐振的过程称为调谐。
(2)解调:又称“反调制”,是从已调波中重现调制信号的过程。
是调制逆过程
画龙点睛 无线电波的发射和接收过程
【典例剖析】
例2(2020河南辉县一中检测)调节收音机的调谐电路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应( )
A.加大电源电压 B.减小电源电压
C.增加谐振线圈的圈数 D.减少谐振线圈的圈数
解析 由于 ,C越小、L越小,f越大。动片旋出,正对面积S减小,C减小,S调到最小,即C最小时,f还未达到高频率f0,则必须使L减小,即减少谐振线圈数,选项C错误,D正确;频率f与电源电压无关,选项A、B错误。
答案 D
规律方法 电磁波的传播与接收
1.电磁波在传播过程中,如果遇到导体,会使导体中产生感应电流,因此,空中的导体可以用来接收电磁波。
2.当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最大。旋转调谐旋钮的目的就是使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最大。
3.使声音或图像信号从调谐电路接收到的高频电流中还原出来,这个过程叫解调,它是调制的逆过程。
变式训练2(2021辽宁营口二中检测)如图所示为电视接收过程示意图,其工作过程顺序正确的是( )
A.解调——放大——调谐——显示
B.调谐——放大——解调——显示
C.调谐——解调——放大——显示
D.放大——调谐——解调——显示
解析 电视接收机首先利用电谐振通过调谐把空间高频电流选出来,然后解调,取下信号,最后经放大后再传给显像管显像,所以正确的顺序是C。
答案 C
随堂检测
1.(2020江苏泰州中学检测)简单的、比较有效的电磁波的发射装置,至少应具备以下电路中的( )
①调谐电路 ②调制电路 ③高频振荡电路 ④开放振荡电路
A.①②③ B.②③④
C.①④ D.①②④
解析 比较有效地发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去,高频振荡电路能产生高频电磁波,开放振荡电路能把电磁波发送得更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。故选项B正确。
答案 B
2.(2021天津塘沽检测)手机信息的接收和发射、对讲机信息的接收和发射都靠电磁波,则关于手机和对讲机发射的两列电磁波,下列叙述正确的是( )
A.频率一定相等 B.波长一定相等
C.能量一定相等 D.在真空中的波速一定相等
解析 电磁波的频率、波长和能量均由波源决定,而电磁波在真空中的传播速度一定相等,D正确。
答案 D
3.(多选)(2020上海北虹高中检测)关于调制器的作用,下列说法正确的是( )
A.调制器的作用是把低频信号加载到高频信号上去
B.调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的振幅上去
C.调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的频率上去
D.调制器的作用是将低频信号变成高频信号,再放大后直接发射出去
解析 调制器的作用是把低频信号加载到高频振荡信号上去,如果高频信号的振幅随低频信号的变化而变化,则是调幅;如果高频信号的频率随低频信号的变化而变化,则是调频。选项A、B、C正确,D错误。
答案 ABC
4.如图所示的电路中,C1=200 pF,L1=40 μH,L2=160 μH,怎样才能使回路2与回路1发生电谐振 发生电谐振的频率是多少
答案 改变可变电容器C2的电容,使得C2为50 pF 1.78 MHz(共37张PPT)
第3节 电磁波谱
第4章
2021
学习目标
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。
(物理观念)
2.了解不同波长范围的电磁波的特性以及应用。(科学思维)
3.知道电磁波可以传递能量,知道太阳辐射的特点。(科学思维)
思维导图
课前篇 自主预习
【必备知识】
一、认识电磁波谱
1.电磁波谱:把各种电磁波按波长或频率顺序排列起来,就构成了电磁波谱。
2.按照波长从长到短依次排列为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
3.电磁波都具有反射、折射 、衍射和干涉的特性。
想一想电磁波在真空中的传播速度是多少 无线电波的波长比可见光的波长大还是小 除了无线电波和可见光之外,还有其他哪些电磁波
提示 电磁波在真空中的传播速度是光速。无线电波的波长比可见光的波长大。还有红外线、紫外线、X射线、γ射线。
二、不同波段电磁波的应用
1.无线电波:不同波段内的无线电波具有不同的传播特性。频率越低,传播损耗越小,覆盖距离越远;频率越高,传播损耗越大,覆盖距离越近。
2.红外线:人们应用红外线具有明显热效应的特性来加热物体,如使用红外线烤箱、红外线炉烹饪食物。
3.紫外线:紫外线能使很多物质发出荧光,很容易让底片感光。当适量的紫外线照射人体时,能促使人体合成维生素D,可预防佝偻病。紫外线还具有杀菌作用,如医院常常利用紫外线进行消毒,人们经常在太阳下晾晒被褥等。
4.X射线:X射线的穿透力较强,在医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断。
5.γ射线:γ射线的能量较高,穿透力很强,对生物的破坏力很大。医学上常用γ射线来杀死癌细胞。
想一想红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温,如图所示,你知道它的工作原理吗
提示 根据体温越高,辐射红外线越强的原理。
【自我检测】
1.正误判断(判定结果为错误的小题请写出原因)
(1)红外线比红光波长短,它的热效用很强。( )
解析 在电磁波谱中,红外线的波长比可见光长,而红光属于可见光,红外线的热效用很强。
答案 ×
(2)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。( )
答案 √
(3)在电磁波谱中,无线电波一般可用于通信。( )
答案 √
(4)γ射线是波长最长的电磁波,它比X射线的频率还要低。( )
解析 γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高。
答案 ×
2.(2020四川棠湖中学期中)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
解析 由c=fλ可知,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。
答案 C
课堂篇 探究学习
问题一
无线电波的应用
【情境探究】
2021年3月18日,为做好成都大运会期间的无线电频率管理工作,成都大运会官方网站正式上线“第31届世界大学生夏季运动会无线电频率申请系统”,有效地维护了成都市及周边区域空中电波秩序。如图所示,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。
(1)下面列出的设备中工作时所发出的波,哪些属于电磁波 (A)微波炉加热食物时发出的波。(B)电视发射塔发出的波。(C)互联网光缆中传播的波。(D)电视机遥控器发出的波。
(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
要点提示 (1)均属于电磁波;
(2)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。
【知识点拨】
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顺序排列的。
电磁波谱
波长由大到小,频率反之
相邻的波长没有明显的界线
2.无线电波 传播不需要介质
(1)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。
(2)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。
画龙点睛 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,可以确定障碍物的位置。
【典例剖析】
例1(2020江苏扬州中学检测)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,应该选择的波段是( )
A.无线电波 B.紫外线 C.X射线 D.γ射线
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,故选项A正确。
答案 A
规律方法 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。
变式训练1(2021福建福州检测)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 电磁波可以向各个方向传播,而电能的输送需要定向传播。
答案 C
问题二
红外线和紫外线的应用
【情境探究】
在许多商场的洗手间里装有一种全自动感应水龙头,旁边有温馨提示:“手一伸水自来,手一收水自停”。
这种水龙头的原理是什么
要点提示 一切物体都在不停地辐射红外线,物体的温度越高,辐射出的红外线越多。人体的温度较高,而且人体发出的红外线在某一范围内,人手靠近水龙头,人手发出的红外线被传感器接收,从而利用电子线路打开水龙头,人手挪开了,传感器接收不到手发出的红外线,从而关闭水龙头。
【知识点拨】
1.红外线
(1)红外线是一种光波,它的波长比无线电波短,比可见光长。所有物体都辐射红外线。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。
(2)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“红外线烤箱”。
2.可见光
(1)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。
(2)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。
3.紫外线
(1)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。
(2)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。
画龙点睛 所有物体都能发射红外线。
【典例剖析】
例2(多选)(2020江苏泰州中学检测)等离子显示屏PDP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。每个等离子管的透明玻璃管内都充有低压的氖氙气体,管的两端各有一个电极,在两个电极间加上高电压后,封在管内的气体便产生某种肉眼看不见的射线,它激发显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个等离子管作为一个像素,由这些像素的明暗和颜色变化的组合,便形成了各种灰度和色彩的图像,则( )
A.等离子管发光的微观机理是通过高电压使低压氖氙气体原子的外层电子受到激发而发光
B.等离子管发光的微观机理是通过高电压使低压氖氙气体原子的内层电子受到激发而发光
C.该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的荧光效应
D.该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的化学作用
解析 根据紫外线的产生机理、特点及应用可知是某种看不见的射线使荧光粉发光,看不见的射线应是紫外线,使荧光粉发光,这是紫外线的荧光效应。紫外线作为电磁波家族中的一员,它的产生机理与可见光和红外线的产生机理是相同的,都是原子的外层电子受到激发后产生的,所以正确的选项是A、C。
答案 AC
变式训练2(2020成都外国语学校检测)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 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。
答案 D
问题三
X射线和γ射线的应用
【情境探究】
光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案,全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分,在这个波长范围内的电磁波被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色,譬如褐色和粉红色。白光经三棱镜后发生色散,形成光谱。
(1)光谱中各种色光按波长大小是如何排列的
(2)除了可见光之外,还有其他哪些电磁波
(3)电磁波在我们日常生活中应用相当广泛,请你列举出X射线和γ射线的应用实例。
要点提示 (1)各种色光按波长由大到小排列为:红橙黄绿蓝靛紫。
(2)还有无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线。
(3)X射线:X光透视机;γ射线:γ射线探伤。
【知识点拨】
1.X射线
(1)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。
(2)“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。
2.γ射线
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。
画龙点睛 我们不仅要牢记电磁波谱中的不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用,还要记住电磁波谱中波长、频率的变化规律,如频率越高,波长越短,穿透性越强,波动性越弱;频率越低,波长越长,衍射现象越明显,波动性越强,穿透性越弱。
【典例剖析】
例3(2021山东仿真模拟卷)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.电磁波谱中频率最高的为γ射线,最容易发生衍射现象
D.紫外线可以使感光底片感光
解析 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;电磁波谱中频率最高的为γ射线,其波长最短,最不容易发生衍射现象,C错误;紫外线可以使感光底片感光,D正确。
答案 D
规律方法 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3(2021福建泉州四校期末)间谍卫星上装有某种遥感照相机,可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上行驶的汽车,即使汽车不开灯行驶,也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于( )
A.可见光波段 B.红外波段
C.紫外波段 D.X射线波段
解析 所有的物体都能发出红外线,热的物体的红外辐射比冷的物体的强,间谍卫星上装的遥感照相机,实际上是红外探测器,它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射,这是红外摄影的基础。再者,红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的长,有较好的穿透云雾的能力,故B正确。而其他选项的光不具备以上特点,故A、C、D错误。
答案 B
随堂检测
1.(2020浙江湖州期末)关于电磁波的应用,下列说法正确的是( )
A.夜视仪利用了红光成像技术
B.利用紫外线的荧光效应来做防伪标识
C.可以利用X射线进行通信、广播
D.医院利用红外线的热效应杀菌消毒
解析 夜视仪利用了红外线成像技术,故A错误;紫外线具有荧光效应,可以用来做防伪标识,故B正确;X射线具有辐射性,不能用来通信和广播,故C错误;紫外线具有杀菌消毒的功能,红外线不具有该功能,故D错误。
答案 B
2.(多选)(2020湖北宜城一中期中)下列关于电磁波谱各成员说法中正确的是( )
A.最容易发生衍射现象的是无线电波
B.紫外线有明显的热效应
C.X射线穿透能力较强
D.晴朗的天空看起来是蓝色的是光散射的结果
解析 波长越长越易衍射,故A正确;有明显热效应的是红外线,故B错误;X射线穿透能力较强,故C正确;天空的蓝色是由于波长较短的光易被散射,故D正确。
答案 ACD
3.(2021河北衡水中学检测)太阳风暴袭击地球时,不仅会影响通信,威胁卫星,而且会破坏臭氧层。臭氧层作为地球的保护伞,是因为臭氧能吸收太阳辐射中( )
A.波长较短的可见光 B.波长较长的可见光
C.波长较短的紫外线 D.波长较长的红外线
解析 臭氧层的主要作用就是吸收由太阳射向地球的紫外线,从而有效地对地球上的动植物起保护作用。故正确的选项是C。
答案 C
4.(2021安徽马鞍山检测)在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率大小关系是( )
A.红外线的频率最大,可见光的频率最小
B.伦琴射线的频率最大,红外线的频率最小
C.可见光的频率最大,红外线的频率最小
D.伦琴射线的频率最大,可见光的频率最小
解析 在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)按照频率从大到小的排列顺序是:伦琴射线(X射线)、可见光、红外线。
答案 B
