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第四章 电磁振荡与电磁波
4.4 电磁波谱
人教版（2019）高中物理选择性必修第二册
CONTENTS
01
无线电波
02
红外线
03
可见光
04
目录
典型例题
紫外线
太空中的太阳动力学观测台（SDO）可以拍摄到紫外线波段的太阳图像。通过这些图像可以观察到被可见光模糊或者遮挡的日冕等太阳活动。对比波长为211 nm的紫外线和可见光的图像可以看出，它与我们常见的太阳大不相同。除了可见光和紫外线，你还知道太阳能发出哪些波段的电磁波吗？
新课导入
我们知道电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、y射线等。太阳辐射中就包含了波长不同的各种各样的电磁波。
从左向右频率逐渐增大，波长逐渐减小
电磁波谱:按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱。
①可见光只是电磁波中的一小部分
②不同的电磁波由于具有不同的频率，才具有不同的特性。
01
无线电波
电磁振荡与电磁波
技术上把波长大于1mm（频率低于300GHz）的电磁波称作无线电波。
按波长（频率）可以把无线电波划分为若干波段。不同波段的无线电波的传播特点不一样，发射、接收所用的设备和技术也不尽相同，因此各有不同的用途。
（1）功能：每一部移动电话都是一个无线电台，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，使用户接收到通话对方送来的消息。
1.移动电话
（2）特点：体积小，发射功率不大，天线简单、灵敏度不高，因此它与其他用户的通话靠较大的固定无线电台转播。
（1）工作原理：利用电磁波遇到障碍物发生发射的特性工作。
2.雷达
（2）确定物体位置的方法：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，反射信号又被雷达的天线接收。测出从发射信号到接收到目标反射回来的信号的时间，就可以知道目标与雷达的距离为 。
（3）用途：可以探测飞机、舰艇、导弹及其他军事目标；可以为飞机、船只导航；天文学上可以用来研究行星、卫星；在气象上可以探测雷雨、云层厚度等。
【拓展】中国天眼
中国天眼是一台强大的射电望远镜，由中国科学院国家天文台主导建设，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。简单来说就是将无线电波进行接收和输出。
天眼的主要任务之一就是发现脉冲星，脉冲星能够发射稳定周期性脉冲信号。比如人类要走到火星，或者走出太阳系，甚至走出银河系，已经脱离地球上GPS的导航，但如果能知道宇宙中很多脉冲星的位置，就可以通过它来定位、导航。脉冲星的观测研究不仅具有重要的物理意义，而且具有重要应用价值，在时间尺度、深空自主导航等方面具有重要的应用前景。
连接蓝牙后，移动电话的上网速度会不会受到影响
上网速度明显变慢。
由于Wi-Fi和蓝牙使用了相同频段的无线电波，两者互相干扰。
想一想
02
红外线
电磁振荡与电磁波
红外线：波长约为760nm～1mm
特点：①波长介于无线电波和可见光之间
②所有物体都会发射红外线
③物体的红外辐射跟温度有关。
热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。
应用：红外夜视议、红外摄影、红外遥感、红外体温计。
应用：红外夜视议、红外摄影、红外遥感、红外体温计。
红外夜视议
红外摄影
红外遥感
红外体温计
注意:烤箱中的红光,不是红外线,红外线是看不见的.
利用红外线检测人体的健康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域．
红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨靠近香港时,中心的风眼清晰可见．
红外线检视器是利用红外线能穿透颜料的特性，揭示顏料层下隐藏的资料．利用红外线发射器、接收器及屏幕显示器，油画上炭笔初稿稿及已往曾经进行过的修复工作都能一一呈现于眼前．
行星状星云NGC 7027的红外线照片
美军在夜间对阿富汗塔利班采取军事行动
夜视镜下的现代战争！
有些动物具有发达的红外感受器官，因此在夜间也可以"看到"物体。
响尾蛇毒性很大,它的眼睛对可见光几乎失去了作用。但是它有“热眼”它能够接收小动物身上发出来的红外辐射,并把外界温差和红外线通过神经反映给大脑,大脑发出相应的“命令”,引导毒蛇去猎取食物。
做一做
03
可见光
电磁振荡与电磁波
波长为400 760nm。能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波，称为可见光。
波长（频率）范围不同的光表现为不同的颜色。
大气把阳光向四面八方散射，波长较短的光比波长较长的光容易被散射。傍晚的太阳颜色发红，是因为傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时，蓝光、紫光大部分被散射掉了，剩下红光、橙光透过大气射入我们的眼睛。
光波进入眼睛，落在视网膜上。视网膜上覆盖着感光细胞。感光细胞有视锥细胞和视杆细胞两种，视锥细胞对不同波长的光有不同的响应，这样我们就能分辨颜色了。
天空为什么是蓝色的？
阳光进入大气时，波长较长的色光，如红光，透射力大，能透过大气射向地面；而波长短的紫、蓝、青色光，碰到大气分子、冰晶、水滴等时，就很容易发生散射现象。被散射了的紫、蓝、青色光布满天空，就使天空呈现出一片蔚蓝了。
早晨或傍晚的天空为什么会出现彩霞？
朝霞
晚霞
傍晚和早晨，太阳斜射大气，光线在大气中的运行距离变长，蓝紫光在大气中已散射完，剩余的红、橙光较多，红、橙光占优势，因此傍晚时天空呈橙红色。
04
紫外线
电磁振荡与电磁波
在紫光之外，波长范围为5 370nm的电磁波是紫外线
具有较高的能量，可破坏细胞
德国物理学家里特于1801年首先发现的，一切高温物体发出的光中，都有紫外线。
作用：荧光、化学作用、杀菌消毒。
应用：灭菌消毒、促进钙的吸收、防伪
晒太阳促进钙的吸收
人民币防伪
紫外线杀菌
紫外光刻机
紫外线使皮肤老化产生皱纹、产生斑点、造成皮肤粗糙、造成皮肤炎、造成皮肤癌
05
X射线和γ射线
电磁振荡与电磁波
X射线波长范围在0.001nm到10nm之间，γ射线波长小于0.001nm。
X射线特点：
①波长比紫外线更短
应用：拍片、机场安检
②具有较高的能量，可穿透物质
γ射线特点：
应用：治疗癌症，金属缺陷探测
波长很短，频率很高；穿透力强，能量高
X射线
应用：拍片、机场安检
安检
拍片
γ射线
应用：治疗癌症，金属缺陷探测
放疗
金属探测
寻找地外文明
射电望远镜越大，会聚的无线电波越多，于是就能观察更弱的射电源。望远镜越大，分辨能力也越高。射电望远镜可以造得很大，几十米直径的射电望运在技术上也能够实现。建造很多小射电望远镜来接收宇宙信号。
STSE
不同电磁波的特点及应用
特点 用途
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
波动性强
通讯、广播、导航
热作用强
加热、遥感、红外线制导等
人类视觉效应
化学作用、荧光效应
穿透力强
穿透力最强
照明、照相等
杀菌消毒、验钞等
检查、探测、透视等
探测、治疗等
04
典例分析
电磁振荡与电磁波
【例题1】根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是( )
A.微波、红外线、紫外线
B.γ射线、X射线、紫外线
C.紫外线、可见光、红外线
D.紫外线、X射线、γ射线
B
解析：
选项 剖析 结论
A 微波、红外线、紫外线的波长由长到短 ×
B 在电磁波谱中紫外线、X射线、γ射线有重叠，γ射线波长最短，紫外线波长最长 √
D ×
C 紫外线、可见光、红外线虽相邻，但它们三者间波长有明确的界线，频率也不相重叠 ×
【例题2】认为光波和无线电波都是电磁波的理由是下面哪几个方面( )
A.真空中传播速度相同
B.都能发生反射、折射、衍射等现象
C.传播中都不依靠介质
D.都是由振荡电路中自由电子的运动产生的
AC
解析：
A √ 光波和无线电波都是电磁波家族中的一员，它们在真空中传播速度相同，都具有波的特有性质，同时在传播中都不依靠别的介质
C √
B × 反射、折射、衍射等现象只能说明光波和无线电波是波，但不能确定是电磁波
D × 光波和无线电波产生的机理不同，无线电波是由振荡电路中自由电子的运动产生的，而光波是由于原子的外层电子受激发后产生的
C
金属探伤
不带电，电离作用最弱
波长最短的电磁波，不易发生衍射
【例题3】被誉为“神刀”的γ刀在治疗脑肿瘤的时候不需要对患者实施麻醉，手术时间短。用γ刀治疗脑肿瘤主要是利用了( )
A. γ射线具有很强的穿透能力
B. γ射线很强的电离能力
C. γ射线具有很高的能量
D. γ射线很容易绕过障碍物继续向前传播
1.（多选）下列关于电磁波谱各成员的说法正确的是（ ）
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，所以可用来做检查工件
D．晴朗的天空看起来是蓝色是光散射的结果
ACD
2.（多选）在下列说法中符合实际的是（ ）
A．医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
BD
牛刀小试
牛刀小试
3.下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象．请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上．
（1）X光机 ；
（2）紫外线灯 ；
（3）理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合较好．这里的“神灯”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射线的很强的贯穿力；
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．
D
C
E
4、防治“非典”期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播，关于红外线热像仪，下列说法中正确的是( )。
A.选择红外线进行检测，主要是因为红外线波长较大，容易发生明显衍射
B.红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测体温
C.红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D.一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同
D
牛刀小试
解析：不同射线具有不同的特点，会有不同的用途。对红外线来说主要特点就是：一切物体都在不停地发射红外线，并且发射的能力跟温度有关。红外线热像仪就是应用了一切物体都在不停地发射红外线的特点。
5、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
C
牛刀小试
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。作为人类，保护臭氧层就是保护我们自己。故正确的选项是C。
6、若某种紫外线的频率为1.5×1015 Hz，
(1)该紫外线的波长是多少？
(2)紫外线的主要作用有哪些？
(3)简要说明人体不接受紫外线辐射和大量辐射分别会产生什么后果？
牛刀小试
答案：
(1)200 nm
(2)荧光作用，灭菌消毒作用
(3)不接受紫外线照射时，不能杀死人体内的一些细菌，人的抗病能力也较弱，也不利于钙和磷的吸收；紫外线照射过量，则会伤害皮肤，使体内的遗传物质受损，会把正常细胞变成癌细胞。
