4.电磁波谱
课后训练巩固提升
一、基础巩固
1.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.波长不同的电磁波在本质上完全相同
B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象
C.电磁波谱的频带很宽
D.电磁波的波长很短,所以电磁波谱的频带很窄
答案:AC
解析:电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的,只是波长或频率不同而已。
2.(多选)关于红外线的作用与来源,下列说法正确的是 ( )
A.一切物体都在不停地辐射红外线
B.红外线具有很强的热作用和荧光作用
C.红外线的显著作用是化学作用
D.红外线容易穿透云雾
答案:AD
解析:荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途,红外线波长较可见光长,绕过障碍物能力强,易穿透云雾。
3.北京时间2003年10月29日14时13分,太阳风暴袭击地球,太阳日冕抛射出的大量带电粒子流击中地球磁场,产生了强磁暴。当时,不少地方出现了绚丽多彩的极光。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
答案:C
解析:臭氧层的主要作用是吸收由太阳射向地球的紫外线,从而有效地保护地球上的动植物,故正确选项是C。
4.(多选)下列能说明电磁波具有能量的依据是( )
A.可见光射入人的眼睛,人看到物体
B.放在红外线区域的温度计升温很快
C.收音机调到某个台时,调谐电路发生电谐振
D.γ射线具有很强的穿透能力
答案:ABCD
解析:人眼看到物体,说明人眼感受到了可见光的能量,A正确;红外线具有热作用,说明红外线具有能量,B正确;发生电谐振时,在调谐电路中的感应电流的能量来源于空中的无线电流,C正确;γ射线的穿透能力很强说明γ射线具有很高的能量,D正确。
5.(多选)雷达采用微波的原因是( )
A.微波具有很高的频率
B.微波具有直线传播的特性
C.微波的反射性强
D.微波比其他无线电波(长波、中波、短波等)传播的距离更远
答案:ABC
解析:雷达采用微波,是利用微波的频率高,不容易发生衍射,具有很好的直线传播的特性和反射性强的特点,所以A、B、C均正确;因微波不易发生衍射,传播的距离不一定比无线电波的长波、中波、短波段远,因此D错误。
6.下列说法正确的是( )
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强的 ③科学家关注南极臭氧层空洞是因为它将使气候恶化 ④在热学中所说的热辐射就是指红外线辐射
A.①②
B.①③
C.②④
D.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;臭氧层可吸收、阻挡过强的紫外线,防止其照射到地球上,使地球上的动植物免受过强紫外线的伤害,另外臭氧层空洞可引起气候恶化,③正确,故选D。本题主要考查电磁波的特征及应用,提高学生的科学思维核心素养。
7.利用雷达测云层距我们观察点距离时,电磁波从发射到吸收共经历时间10-3 s,求该云层离观测点的距离。
答案:150 km
解析:根据公式s=vt可以得到s=3.0×108××10-3 m=1.5×105 m=150 km。
二、能力提升
1.关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是( )
A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息
B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
答案:B
解析:声波也能传递信息,选项A错误;手机通话过程中,手机之间通过电磁波传递信息,人和手机之间通过声波传递信息,选项B正确;太阳中的可见光传播速度为光速,即为3×108 m/s,而超声波的传播速度等于声音在空气中的传播速度(15 ℃时为340 m/s),选项C错误;红外线的频率小于X射线的频率,故红外线的波长大于X射线的波长,选项D错误。
2.(多选)(2020安徽六安检测)下列说法符合实际的是 ( )
A.在医院里常用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.在人造地球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.在人造地球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
答案:BD
解析:紫外线具有杀菌、消毒的作用,X射线穿透能力较强,因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒,用X射线透视人体,A错误,B正确;在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强,容易透过云雾烟尘,因而用波长较长的红外线,C错误,D正确。
3.(多选)某雷达发射的电磁波频率为1 000 MHz,下列关于雷达和电磁波的说法正确的是( )
A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长为0.3 m
B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C.测出从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D.波长越短的电磁波,反射性能越强
答案:ACD
解析:由λ=可求得1 000 MHz的电磁波波长为0.3 m,所以A项正确。周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替垂直产生,由近及远地传播而形成电磁波,所以B项错误。通过电磁波的传播距离s=vt=ct可确定雷达和目标的距离,所以C项正确。波长越短的电磁波,其频率越高,反射性能越强,所以D项正确。本题主要考查雷达的工作原理及特点,提高学生的理解和分析能力,培养科学思维。
4.一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 。
答案:无线电波
解析:在波长较长时,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波的波长差不多或比波长还要小。波长大于或等于1 m的电磁波是无线电波。
5.(2020河南联考)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lAB=lBC,则障碍物与雷达之间的距离是多大
答案:7.5×103 m
解析:题图中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lAB=lBC,可知无线电波从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== m=7.5×103 m。(共33张PPT)
4.电磁波谱
第四章
2022
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.知道电磁波谱以及各组成部分。
2.知道无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特征及应用。
素 养 阐 释
1.通过对电磁波谱及各组成部分的学习,形成物理观念。
2.通过对各个波段的电磁波的特征和典型应用的学习,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、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的谱。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。不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),才具有不同的特性。
二、无线电波
波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波是无线电波,广泛应用于通信、广播及其他信号传输。
三、红外线
红外线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,主要应用于探测和遥感。
四、可见光
能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波,称为可见光。可见光的波长为400~760 nm。分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。不同颜色的光波长(频率)不同。
五、紫外线
波长范围为5~370 nm。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。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。
六、X射线和γ射线
1.X射线:具有很强的穿透本领。
2.γ射线:波长最短的电磁辐射,具有很高的能量,穿透能力更强。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)适当的紫外线照射有利于人的身体健康。( )
(2)医学上用来做人体透视的是红外线。( )
(3)一切物体都在不停地辐射红外线。( )
(4)红外线比紫外线波长短。( )
(5)利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离。( )
√
×
√
×
√
2.红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温,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。
3.响尾蛇能感知红外线,它能在夜里“看见”东西吗 为什么 一种被动制导(导弹本身不发射电磁波,靠接收目标的电磁辐射来制导)的空对空导弹,是靠探测敌方飞机发动机辐射的红外线来攻击目标的。“隐形”飞机能躲过一般雷达,它能躲过这种导弹吗
提示:能。因为即使是夜间,不同物体也在向外辐射不同频率和强度的红外线。而响尾蛇有灵敏的红外线接收和处理系统,所以它能在夜里“看见”东西。
不能。因为一般的“隐形”飞机只是减小对电磁波的反射或电磁波向别的方向反射,但它的发动机仍然要辐射红外线,所以不能躲过这种导弹。
合作探究·释疑解惑
知识点一
原子结构 化学用语
【问题引领】
电磁波是一个大家庭,在生产、生活中有广泛的应用,你能举一些应用电磁波的例子吗
提示:红外线摄影、红外线体温计、利用紫外线工作的验钞机、微波炉利用微波加热食物、电视信号的传播、医学上的透视……
【归纳提升】
1.各种电磁波的共性
(1)它们在本质上都是电磁波,它们遵循相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵守公式v=λf,它们在真空中的传播速度都是c=3×108 m/s。
(3)它们的传播都不需要介质。
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2.不同电磁波的特征及应用
3.电磁波的能量
电磁波是运动中的电磁场,各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波,表明电磁波可以传递能量。
【例题1】 下面列出了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)理疗医用红外线灯照射伤口,可使伤口愈合得较好。这里的红外线灯利用了 。
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射线具有很强的穿透本领
E.红外线具有显著的热效应 F.红外线波长较长,易发生衍射
答案:(1)D (2)C (3)E
【典型例题】
解析:(1)X光机是用来透视人体内部器官的,因此需要具有较强穿透本领的电磁波,但又不能对人体造成太大的伤害,因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线,故选择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,故选择C。
(3)红外线灯主要用于促进局部血液循环,它利用红外线的热效应使人体局部受热,血液循环加快,故选择E。
电磁波在生产、生活和国防科技等方面应用广泛,联系实际的试题较多,要提高自己运用知识的能力。应该留心自然界中、生活中、现代技术中应用了什么物理现象和规律,是如何应用的。这是解决此类题的关键。
【变式训练1】 (多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.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
B.γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高
C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D.在电磁波谱中,更容易发生衍射现象的是γ射线
E.红外线容易穿透云雾烟尘
答案:ABE
解析:A、B是正确的;在电磁波谱中从无线电波到γ射线,波长逐渐减小,频率逐渐增大,而波长越大,波动性越强,越容易发生干涉、衍射现象,因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象,无线电波最容易发生衍射现象,故C、D错;红外线波长比可见光长,更容易发生衍射、易穿透云雾烟尘,E正确。
知识点二
雷达的工作原理及其应用
【问题引领】
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达是用来对目标进行定位的现代化定位系统。
1.雷达的工作原理是什么
提示:雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。
2.雷达是怎样测出物体的位置的
提示:已知无线电波的传播速度为c,测出从发射无线电波脉冲到接收到反射回来无线电波的时间t ,就可由公式 确定被测物体离雷达的距离,再根据无线电波的方向和仰角,便可以确定被测物体的位置了。
3.雷达定位一般用到的是微波,这是因为微波具有什么特性
提示:波长短,直射性好,能定向发射。
4.雷达指示器的荧光屏上出现的尖形波如图所示,两个尖形波是怎么形成的
提示: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。
【归纳提升】
1.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,确定障碍物离雷达的距离 ,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。
2.雷达具有的特点
(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。
(3)雷达发射的是不连续的无线电波,即脉冲。
3.雷达的应用
雷达既可用于探测飞机、舰艇、导弹等军事目标,又可用来为飞机、船只导航,在天文学上用来研究天体,在气象上用来探测暴风、雷雨、云层等。
【例题2】 (2020江西上饶联考)某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行,已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4 s。某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示,t=173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示,荧光屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10-4 s,电磁波的传播速度为c=3×108 m/s,则该战斗机的飞行速度大约为多少
答案:336 m/s
【典型例题】
解答本题时,要注意电磁波的传播方向和雷达与目标间的方位关系,不能简单认为是直线距离。
【变式训练2】 某防空雷达发射的电磁波频率为f=3×103 MHz,屏幕上尖形波显示,从发射到接收经历时间Δt=0.4 ms,那么被监视的目标到雷达的距离为 km。该雷达发出的电磁波的波长为 m。
答案:60 0.1
解析:s=cΔt=1.2×105 m=120 km,这是电磁波往返的路程,所以目标到雷达的距离为60 km。由c=λf可得λ=0.1 m。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(电磁波谱)下列各组电磁波,按波长由长到短排列正确的是( )
A.γ射线、红外线、紫外线、可见光
B.红外线、可见光、紫外线、γ射线
C.可见光、红外线、紫外线、γ射线
D.紫外线、可见光、红外线、γ射线
答案:B
解析:在电磁波谱中,电磁波的波长由长到短排列顺序依次是:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。由此可判定B正确。
2.(电磁波的特征及应用)下列说法正确的是( )
A.各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线
B.红外线有显著的热效应,紫外线有显著的化学作用
C.X射线的穿透本领比γ射线更强
D.低温物体不能辐射红外线
答案:B
解析:干涉和衍射现象是光的波动性的体现,波长越长,越容易产生,而γ射线波长最短,故A选项错误;频率越高,穿透本领越强,故C选项错误;一切物体都能辐射红外线,故D选项错误;正确选项为B。
3.(雷达的工作原理及特点)(多选)关于雷达的特点,下列说法正确的是
( )
A.雷达所用无线电波的波长比短波还短
B.雷达只有连续发射无线电波,才能发现目标
C.雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离
D.雷达在能见度低的黑夜将无法使用
E.雷达的使用与黑夜和白天无关
答案:A
解析:雷达一般采用直线性好、反射性强的微波;不是连续发射无线电波,每次发射的时间及两次发射的时间间隔都有一定要求;障碍物的距离等情况都由显示屏显示出来。
本 课 结 束
