高中物理选修3－4第十四章电磁波5电磁波谱
文档属性
| 名称 | 高中物理选修3－4第十四章电磁波5电磁波谱 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 42.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2014-03-05 17:35:28 | ||
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文档简介
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第十四章 电磁波
5 电 磁 波 谱
知能要点
1. 能描述电磁波谱及频率的分布和产生的机理
2. 列举出各种电磁波的主要作用
基础巩固 飞跃，这里是最好的起点……
1. 关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )．
A. 红外线比红光波长长，它的热作用很强
B. X射线就是伦琴射线
C. 阴极射线是一种频率极高的电磁波
D. 紫外线的波长比伦琴射线长，它的显著作用是荧光作用
2. 红外线可以穿透云雾，是因为它的波长________，所以它________的现象比较显著，可以绕过障碍物继续传播；γ射线可以穿透金属，是因为它的频率________，穿透能力较强．
3. (1)各种电磁波在真空中传播时，都具有相同的_______________________________．
(2)波从一种介质进入另一种介质，一定不发生改变的是________．
(3)对于红外线、紫外线、X射线和γ射线来说，最易发生明显衍射的是________．
(4)红光、橙光、黄光和绿光在同一种均匀介质中传播时波速最大的是________，最小的是________．
4. 电磁波的不同成分具有不同的特性，其中红外线的最显著作用是_______效应，紫外线的最显著作用是_________________________________________________________
效应，伦琴射线的特点是具有很强的________．
5. 科学家发现地球大气层中的臭氧分子不断受到破坏．下列各项电磁波，哪一项会因臭氧层受损而对人类的健康构成最大危害？( )．
A. 可见光 B. 紫外线
C. 伽玛辐射 D. 微波
6. 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些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，可使伤口愈合得较好．这里的“神灯”是利用________．
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射线有很强的贯穿能力
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
思维拓展 课内与课外的桥梁是这样架起的……
7. 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，应该选择下列哪一个波段？( )．
A. 无线电波 B. 紫外线
C. X射线 D. γ射线
8. 如图所示是伦琴射线管的结构示意图．电源E给灯丝K加热，使其发射出热电子．热电子在K、A间的强电场作用下高速向对阴极A飞去．电子流打到A极(对阴极)表面，激发出高频电磁波，这就是X射线．下列说法中正确的有( )．
A. P、Q间应接高压直流电，且P接正极
B. P、Q间应接高压交变电流
C. 从A发出的X射线是由K到A的高速电子流反射形成的
D. 从K到A间是高速电子流即阴极射线，从A发出的是X射线即一种高频电磁波
9. 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
10. 电磁波的频率范围很广，不同频率的电磁波具有不同的特性，请从电磁波谱中任选两种，分别写出它们的名称和一种用途．
(1)名称________，用途________________________________________________．
(2)名称________，用途______________________________________________________．
11. (1)近年来军事行动中，士兵都配带“红外夜视仪”在夜间也能清楚地看清目标，这是为什么？
(2)根据热辐射理论，物体发出的最大波长λm与物体的绝对温度T的关系满足T·λm＝2.90×10－3 m·K，若猫头鹰的猎物——蛇，在夜间体温为27 ℃，则它发出光的最大波长为________m，属于________波段．
开放探究 对未知的探究，你也行！
12. 如下图所示为伦琴射线管示意图，K为阴极钨丝，发射的电子初速度为零，A为对阴极(阳极)，当A、K之间加直流电压U＝30 kV时，电子被加速打在对阴极A上，使之发出X射线，设电子的动能全部转化为伦琴射线(X射线)的能量．求：
(1)电子到达对阴极的速度多大？
(2)如果对阴极每吸收一个电子放出一个X射线光子，则当A、K之间的电流为10 mA时，每秒钟从对阴极最多辐射出多少个X射线光子？(电子质量m＝0.91×10－30 kg，电荷量e＝1.6×10－19C)
13. (1)家用微波炉主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成，接通电源后，220 V交变电流经一变压器，一方面在次级线圈(副线圈)产生3.4 V交变电流对磁控管灯丝加热，同时在次级线圈(副线圈)产生2 000 V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2 450 MHz的微波，微波经炉顶的波导管传输到金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而使食物内外同时受热，因而加热速度快，效率高，并能最大限度地保存食物中的维生素．试回答：
①变压器产生高压的原、副线圈的匝数比为多少？
②微波输出功率为700 W的磁控管每秒产生的光子数n为多少？
(2)微波炉的心脏是磁控管，即微波发生器，磁控管的输出功率一般为500 W～700 W．磁控管通过天线向波导管发射出带有高频能量的电磁波即微波，微波在波导管内经过多次反射后，再照射到炉膛内食品上．如图所示为磁控管的示意图，一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动，在管内有平行于管轴线方向的匀强磁场，磁感应强度为B，在运动中这群电子时而接近电极1、时而接近电极2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化，产生电磁波．由于这一群电子散布的范围很小，可以看做集中在一点，共有N个电子，每个电子的电荷量为e，质量为m.设这群电子圆形轨道的直径为D，电子群离电极1端点P的最短距离为r.问：
①这群电子做圆周运动的速率、频率各是多少？
②在电极1的端点P处，电场强度变化的频率是多少？
③在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度最大值、最小值各是多少？
走进高考 解剖真题，体验情境。
14．（2013·浙江理综）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”中的超声波传递速度相同
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
15 (2011·扬州中学模拟)以下说法中正确的是( )．
A. 拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B. 全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性
C. 根据宇宙大爆炸学说，遥远星球发出的红光被地球接收到时可能是红外线
D. 超声波可以在真空中传播
16. (2011·扬州检测)下列关于电磁波谱的说法中正确的是( )．
A. 伦琴射线是高速电子流射到固体上，使固体原子的内层电子受到激发而产生的
B. γ射线是原子的内层电子受激发后产生的
C. 在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
D. 紫外线比紫光更容易发生衍射现象
参考答案
5 电 磁 波 谱
1. A、B、D 解析：本题主要考查了电磁波的产生机制和特性．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，故选项A正确．阴极射线与电磁波有着本质不同，电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中会偏转，电磁波在真空中的速度是3×108 m/s，而阴极射线的速度总是小于3×108 m/s，阴极射线的实质是高速电子流，故选项C错误．X射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波，故B项正确．由于紫外线的显著作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，故选项D正确．
2. 长 衍射 大
3. (1)波速 (2)频率 (3)红外线 (4)红光 绿光
4. 热 荧光 穿透能力
5. B 解析：由于太阳光中存有大量紫外线，而过多的紫外线会伤害眼睛和皮肤，故因臭氧层受损而对人类构成最大伤害的是紫外线．
6. (1)D (2)C (3)E 解析：(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透能力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了X射线．
(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．
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快．
7. A 解析：本题考查电磁波的产生机理．除无线电波外其他三种射线的产生机制与题中所给的情景不符，故选A.
8. D 解析：本题考查X射线的产生．为了加速电子，K、A间的电场方向应该始终都是向左的，所以P、Q间应接高压直流电，且Q为正极．从A发出的是X射线，不再是电子流．设P、Q间电压为U，则电子到达对阴极A时的动能为eU.电子的动能部分或全部转化为X射线的能量，从A向外发射，形成频率很高的X射线．本题选D.
9. B、D
10. 见解析 解析：如无线电波可用于通信，红外线可用于红外遥感，可见光可用于照明用等．
11. (1)见解析 (2)9.7×10－6 红外线 解析：(1)一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用红外线接收器，可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响．
(2)最长波长λm＝＝9.7×10－6m；属于红外线波段．
12. (1)1.0×108 m/s (2)6.25×1016个
解析：(1)由动能定理，得：mv2＝eU.
则v＝＝ m/s
＝1.0×108 m/s.
(2)n＝＝个＝6.25×1016个．
13. (1)①11∶100 ②4.31×1026个 (2)①
② ③
解析：本题考查运用相关物理知识探究微波炉的有关问题，是理论联系实际的需要，同时也是高考命题的方向．(1)①根据题意可知变压器产生高压的原、副线圈的匝数比为220∶2000＝11∶100.
②由能量关系得Pt＝nhν，故每秒产生的光子数为
n＝＝ 个＝4.31×1026个．
(2)①按照题意，这群电子看成集中在一点，即带有电荷量Ne的“点”电荷，在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有：NevB＝，得电子做圆周运动的速率v＝，电子做圆周运动的频率
f＝＝.
②根据题意，电子绕圆周运动一周，P处的电场强度也周期性变化一次，则电场强度变化的频率等于电子做圆周运动的频率，即为.
③由点电荷的场强公式可知：在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度最大值为Emax＝，最小值为Emin＝.
14.B
15. B、C
15. 6 解析：在电磁波中，无线电波是电磁振荡时电子运动产生的，红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发后产生的，而伦琴射线是原子内层电子受激发后产生的，γ射线是原子核受激发后产生的．从无线电波到γ射线，频率逐渐增大，波长逐渐减小，而波长越大，越容易发生衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象．故A正确．
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第十四章 电磁波
5 电 磁 波 谱
知能要点
1. 能描述电磁波谱及频率的分布和产生的机理
2. 列举出各种电磁波的主要作用
基础巩固 飞跃，这里是最好的起点……
1. 关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )．
A. 红外线比红光波长长，它的热作用很强
B. X射线就是伦琴射线
C. 阴极射线是一种频率极高的电磁波
D. 紫外线的波长比伦琴射线长，它的显著作用是荧光作用
2. 红外线可以穿透云雾，是因为它的波长________，所以它________的现象比较显著，可以绕过障碍物继续传播；γ射线可以穿透金属，是因为它的频率________，穿透能力较强．
3. (1)各种电磁波在真空中传播时，都具有相同的_______________________________．
(2)波从一种介质进入另一种介质，一定不发生改变的是________．
(3)对于红外线、紫外线、X射线和γ射线来说，最易发生明显衍射的是________．
(4)红光、橙光、黄光和绿光在同一种均匀介质中传播时波速最大的是________，最小的是________．
4. 电磁波的不同成分具有不同的特性，其中红外线的最显著作用是_______效应，紫外线的最显著作用是_________________________________________________________
效应，伦琴射线的特点是具有很强的________．
5. 科学家发现地球大气层中的臭氧分子不断受到破坏．下列各项电磁波，哪一项会因臭氧层受损而对人类的健康构成最大危害？( )．
A. 可见光 B. 紫外线
C. 伽玛辐射 D. 微波
6. 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些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，可使伤口愈合得较好．这里的“神灯”是利用________．
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射线有很强的贯穿能力
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
思维拓展 课内与课外的桥梁是这样架起的……
7. 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，应该选择下列哪一个波段？( )．
A. 无线电波 B. 紫外线
C. X射线 D. γ射线
8. 如图所示是伦琴射线管的结构示意图．电源E给灯丝K加热，使其发射出热电子．热电子在K、A间的强电场作用下高速向对阴极A飞去．电子流打到A极(对阴极)表面，激发出高频电磁波，这就是X射线．下列说法中正确的有( )．
A. P、Q间应接高压直流电，且P接正极
B. P、Q间应接高压交变电流
C. 从A发出的X射线是由K到A的高速电子流反射形成的
D. 从K到A间是高速电子流即阴极射线，从A发出的是X射线即一种高频电磁波
9. 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
10. 电磁波的频率范围很广，不同频率的电磁波具有不同的特性，请从电磁波谱中任选两种，分别写出它们的名称和一种用途．
(1)名称________，用途________________________________________________．
(2)名称________，用途______________________________________________________．
11. (1)近年来军事行动中，士兵都配带“红外夜视仪”在夜间也能清楚地看清目标，这是为什么？
(2)根据热辐射理论，物体发出的最大波长λm与物体的绝对温度T的关系满足T·λm＝2.90×10－3 m·K，若猫头鹰的猎物——蛇，在夜间体温为27 ℃，则它发出光的最大波长为________m，属于________波段．
开放探究 对未知的探究，你也行！
12. 如下图所示为伦琴射线管示意图，K为阴极钨丝，发射的电子初速度为零，A为对阴极(阳极)，当A、K之间加直流电压U＝30 kV时，电子被加速打在对阴极A上，使之发出X射线，设电子的动能全部转化为伦琴射线(X射线)的能量．求：
(1)电子到达对阴极的速度多大？
(2)如果对阴极每吸收一个电子放出一个X射线光子，则当A、K之间的电流为10 mA时，每秒钟从对阴极最多辐射出多少个X射线光子？(电子质量m＝0.91×10－30 kg，电荷量e＝1.6×10－19C)
13. (1)家用微波炉主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成，接通电源后，220 V交变电流经一变压器，一方面在次级线圈(副线圈)产生3.4 V交变电流对磁控管灯丝加热，同时在次级线圈(副线圈)产生2 000 V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2 450 MHz的微波，微波经炉顶的波导管传输到金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而使食物内外同时受热，因而加热速度快，效率高，并能最大限度地保存食物中的维生素．试回答：
①变压器产生高压的原、副线圈的匝数比为多少？
②微波输出功率为700 W的磁控管每秒产生的光子数n为多少？
(2)微波炉的心脏是磁控管，即微波发生器，磁控管的输出功率一般为500 W～700 W．磁控管通过天线向波导管发射出带有高频能量的电磁波即微波，微波在波导管内经过多次反射后，再照射到炉膛内食品上．如图所示为磁控管的示意图，一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动，在管内有平行于管轴线方向的匀强磁场，磁感应强度为B，在运动中这群电子时而接近电极1、时而接近电极2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化，产生电磁波．由于这一群电子散布的范围很小，可以看做集中在一点，共有N个电子，每个电子的电荷量为e，质量为m.设这群电子圆形轨道的直径为D，电子群离电极1端点P的最短距离为r.问：
①这群电子做圆周运动的速率、频率各是多少？
②在电极1的端点P处，电场强度变化的频率是多少？
③在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度最大值、最小值各是多少？
走进高考 解剖真题，体验情境。
14．（2013·浙江理综）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”中的超声波传递速度相同
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
15 (2011·扬州中学模拟)以下说法中正确的是( )．
A. 拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B. 全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性
C. 根据宇宙大爆炸学说，遥远星球发出的红光被地球接收到时可能是红外线
D. 超声波可以在真空中传播
16. (2011·扬州检测)下列关于电磁波谱的说法中正确的是( )．
A. 伦琴射线是高速电子流射到固体上，使固体原子的内层电子受到激发而产生的
B. γ射线是原子的内层电子受激发后产生的
C. 在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
D. 紫外线比紫光更容易发生衍射现象
参考答案
5 电 磁 波 谱
1. A、B、D 解析：本题主要考查了电磁波的产生机制和特性．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，故选项A正确．阴极射线与电磁波有着本质不同，电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中会偏转，电磁波在真空中的速度是3×108 m/s，而阴极射线的速度总是小于3×108 m/s，阴极射线的实质是高速电子流，故选项C错误．X射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波，故B项正确．由于紫外线的显著作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，故选项D正确．
2. 长 衍射 大
3. (1)波速 (2)频率 (3)红外线 (4)红光 绿光
4. 热 荧光 穿透能力
5. B 解析：由于太阳光中存有大量紫外线，而过多的紫外线会伤害眼睛和皮肤，故因臭氧层受损而对人类构成最大伤害的是紫外线．
6. (1)D (2)C (3)E 解析：(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透能力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了X射线．
(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．
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快．
7. A 解析：本题考查电磁波的产生机理．除无线电波外其他三种射线的产生机制与题中所给的情景不符，故选A.
8. D 解析：本题考查X射线的产生．为了加速电子，K、A间的电场方向应该始终都是向左的，所以P、Q间应接高压直流电，且Q为正极．从A发出的是X射线，不再是电子流．设P、Q间电压为U，则电子到达对阴极A时的动能为eU.电子的动能部分或全部转化为X射线的能量，从A向外发射，形成频率很高的X射线．本题选D.
9. B、D
10. 见解析 解析：如无线电波可用于通信，红外线可用于红外遥感，可见光可用于照明用等．
11. (1)见解析 (2)9.7×10－6 红外线 解析：(1)一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用红外线接收器，可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响．
(2)最长波长λm＝＝9.7×10－6m；属于红外线波段．
12. (1)1.0×108 m/s (2)6.25×1016个
解析：(1)由动能定理，得：mv2＝eU.
则v＝＝ m/s
＝1.0×108 m/s.
(2)n＝＝个＝6.25×1016个．
13. (1)①11∶100 ②4.31×1026个 (2)①
② ③
解析：本题考查运用相关物理知识探究微波炉的有关问题，是理论联系实际的需要，同时也是高考命题的方向．(1)①根据题意可知变压器产生高压的原、副线圈的匝数比为220∶2000＝11∶100.
②由能量关系得Pt＝nhν，故每秒产生的光子数为
n＝＝ 个＝4.31×1026个．
(2)①按照题意，这群电子看成集中在一点，即带有电荷量Ne的“点”电荷，在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有：NevB＝，得电子做圆周运动的速率v＝，电子做圆周运动的频率
f＝＝.
②根据题意，电子绕圆周运动一周，P处的电场强度也周期性变化一次，则电场强度变化的频率等于电子做圆周运动的频率，即为.
③由点电荷的场强公式可知：在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度最大值为Emax＝，最小值为Emin＝.
14.B
15. B、C
15. 6 解析：在电磁波中，无线电波是电磁振荡时电子运动产生的，红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发后产生的，而伦琴射线是原子内层电子受激发后产生的，γ射线是原子核受激发后产生的．从无线电波到γ射线，频率逐渐增大，波长逐渐减小，而波长越大，越容易发生衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象．故A正确．
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