第3节 电磁波谱
A级 必备知识基础练
1.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波
B.红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的
C.X射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的
D.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线
2.(多选)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
3.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
4.(2023湖北武汉育才中学月考)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.红外体温计的工作原理是人的体温越高,发射的红外线越强,有时物体温度较低,不发射红外线,导致无法使用
B.紫外线的频率比可见光低,医学中常用于杀菌消毒,长时间照射人体可能损害健康
C.铁路、民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测
D.手机通信使用的是无线电波,其波长较长
5.某广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波,它们的频率分别为f1,f2,f3,f4,则( )
A.f1>f2>f3>f4
B.f1C.f1D.f1>f3>f2>f4
6.在自然界生态系统中,蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥重要作用。蛇是老鼠的天敌,它是通过接收热辐射来发现老鼠的,假设老鼠的体温约37 ℃,它发出的最强的热辐射的波长为λm,根据热辐射理论,λm与辐射源的绝对温度的关系近似为Tλm=2.90×10-3 m·K,则老鼠发出的最强的热辐射的波长为 m。它属于电磁波谱的 区波段。
7.过量的电磁辐射对人体是有害的,按照规定,工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间垂直单位面积的电磁辐射能量)不得超过某一临界值W0。已知某一种手机的电磁辐射功率为P,若手机的电磁辐射在各个方向上是均匀的,则符合规定的安全区域到手机的距离至少为多大
B级 关键能力提升练
8.红外体温计测量体温如图所示。下列说法正确的是( )
A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线
B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D.红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的
9.关于电磁波的特性理解正确的是( )
A.可见光的波长一定比无线电波的波长短
B.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
C.相同条件下,电磁波谱中最难发生衍射的是X射线
D.可见光的实质也是一种电磁波,红光波长最短
10.搜寻失联飞机的黑匣子主要依靠电磁波技术和超声定位(即声呐)技术。电磁波是指在空间传播的交变电磁场,在真空中的传播速度为3.0×108 m/s,无线电波是其中的一种电磁波。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波,它们的产生方式不尽相同,波的长度也不同,把它们按波长顺序排列就构成了电磁波谱,如图所示。请根据上述信息及所学知识,结合电磁波谱图回答:
(1)白光(即可见光)可以发生色散,分解成七种色光,其中,三原色光中波长最短的是 光。
(2)广播和电视利用电磁波谱中 来传递声音和图像;飞机黑匣子发出的电磁波信号,在海水中迅速衰减,无法传播,所以黑匣子必须装有能发出 波信号的装置与其同时工作,以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置。
(3)观察电磁波谱中各种波的波长与频率的关系,可以得出初步结论: 。进一步观察和计算电磁波谱中各种波的波长与频率的关系,可以得出结论: 。
11.家用微波炉是利用微波的电磁能加热食物的新型灶具,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的交流电经变压器,一方面在次级产生3.4 V交流电加在磁控管灯丝两端,另一方面在次级产生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,微波输送至金属制成的加热器(炉腔),被来回反射,微波的电磁作用使食物内分子高频地振动,同时内外迅速变热,并能最大限度地保存食物中的维生素。
(1)导体可反射微波,绝缘体可使微波透射,而食物通常含有的成分是蛋白质、淀粉、水,较易吸收微波能且转换成热,故在使用微波炉时应注意 。
A.用金属容器将食物放入炉内加热
B.用陶瓷容器将食物放入炉内加热
C.将微波炉置于磁性材料周围
D.将微波炉远离磁性材料周围
(2)试计算变压器的升压变压比。
第3节 电磁波谱
1.AB 电磁波中无线电波的波长最长,干涉、衍射现象最易发生;从电磁波产生的机理可知γ射线是原子核受激发后产生的;不论物体温度高低如何都能辐射红外线,物体的温度越高,它辐射的红外线越强,故选A、B。
2.BD 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;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。所以选项B、D正确。
3.B 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3×108m/s,而超声波的传播速度等于声音在空气中的传播速度,即为340m/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。
4.D 红外体温计的工作原理是利用红外线的热效应,人的体温越高,发射的红外线越强,物体温度较低时,仍发射红外线,A错误;由电磁波谱可知,紫外线的波长比可见光的波长小,由波长与频率的关系式可知,紫外线的频率比可见光的频率高,医学中常用于杀菌消毒,长时间照射人体可能损害健康,B错误;铁路、民航等安检口使用X射线对行李内物品进行检测,C错误;手机通信使用的是无线电波中的微波,由电磁波谱可知,无线电波的波长较长,D正确。
5.B 广播电台发射“中波”、微波炉中的微波、可见光光波、X射线,它们的波长关系λ1>λ2>λ3>λ4,频率关系f16.解析 由题目信息知Tλm=2.90×10-3m·K,而且老鼠体温37℃时发出最强热辐射。即当T=(273+37)K时λm=m=9.4×10-6m,结合电磁波谱图可知该波长的波位于红外线区。
答案 9.4×10-6 红外线
7.解析 设规定的安全区域距离为R,则对应球的面积为S=4πR2。在t时间内球面获得的能量为E=Pt,球面上单位面积t时间内获得的电磁辐射能量E0=,由于工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直单位面积的电磁辐射能量)不得超过W0,则W0=,所以R=。
答案
8.D 本题属于基础性和应用性问题,以红外体温计为素材,考查红外线特点。人体时刻向外辐射红外线,选项A、B错误;红外体温计根据人体辐射红外线的强度大小测温,选项D正确,C错误。
9.A 由电磁波谱可知可见光的波长一定比无线电波的波长短,A正确;由电磁波谱可知电磁波的波长和频率是连续的,没有明显的区域界限,B错误;电磁波谱中比X射线波长短的还有γ射线,C错误;在可见光中,红光波长最长,D错误。
10.解析 (1)色光的三原色是红、绿、蓝,三原色光中波长最短的是蓝光。
(2)广播和电视利用电磁波谱中无线电波来传递声音和图像;飞机黑匣子发出的电磁波信号,在海水中迅速衰减,无法传播,所以黑匣子必须装有能发出声波信号的装置与其同时工作,以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置。
(3)根据电磁波谱中各种波的波长与频率的关系,可以得出:波的频率越高,波长越短。由c=fλ可得,各种波的频率与波长成反比(或各种波的频率与波长乘积相等,且等于光速)。
答案 (1)蓝
(2)无线电波 声
(3)波的频率越高,波长越短 各种波的频率与波长成反比(或各种波的频率与波长乘积相等,且等于光速)
11.解析 (1)食物内通常含有的成分是蛋白质、淀粉、水,易吸收微波而转换成热;由于导体能反射微波,绝缘体使微波透射,所以应该用陶瓷容器盛食物;为避免对磁控管的影响,微波炉应远离磁性材料。故选B、D。
(2)变压器输出电压U2=2000V,
输入电压U1=220V,则有。
答案 (1)BD
(2)11∶100(共18张PPT)
第4章
第3节 电磁波谱
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A 级 必备知识基础练
1.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波
B.红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的
C.X射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的
D.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线
AB
解析 电磁波中无线电波的波长最长,干涉、衍射现象最易发生;从电磁波产生的机理可知γ射线是原子核受激发后产生的;不论物体温度高低如何都能辐射红外线,物体的温度越高,它辐射的红外线越强,故选A、B。
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2.(多选)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
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;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。所以选项B、D正确。
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3.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
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,即为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。
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4.(2023湖北武汉育才中学月考)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.红外体温计的工作原理是人的体温越高,发射的红外线越强,有时物体温度较低,不发射红外线,导致无法使用
B.紫外线的频率比可见光低,医学中常用于杀菌消毒,长时间照射人体可能损害健康
C.铁路、民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测
D.手机通信使用的是无线电波,其波长较长
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解析 红外体温计的工作原理是利用红外线的热效应,人的体温越高,发射的红外线越强,物体温度较低时,仍发射红外线,A错误;由电磁波谱可知,紫外线的波长比可见光的波长小,由波长与频率的关系式可知,紫外线的频率比可见光的频率高,医学中常用于杀菌消毒,长时间照射人体可能损害健康,B错误;铁路、民航等安检口使用X射线对行李内物品进行检测,C错误;手机通信使用的是无线电波中的微波,由电磁波谱可知,无线电波的波长较长,D正确。
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5.某广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波,它们的频率分别为f1,f2,f3,f4,则( )
A.f1>f2>f3>f4
B.f1C.f1D.f1>f3>f2>f4
B
解析 广播电台发射“中波”、微波炉中的微波、可见光光波、X射线,它们的波长关系λ1>λ2>λ3>λ4,频率关系f11
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6.在自然界生态系统中,蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥重要作用。蛇是老鼠的天敌,它是通过接收热辐射来发现老鼠的,假设老鼠的体温约37 ℃,它发出的最强的热辐射的波长为λm,根据热辐射理论,λm与辐射源的绝对温度的关系近似为Tλm=2.90×10-3 m·K,则老鼠发出的最强的热辐射的波长为 m。它属于电磁波谱的 区波段。
红外线
9.4×10-6
解析 由题目信息知Tλm=2.90×10-3 m·K,而且老鼠体温37 ℃时发出最强热辐射。即当T=(273+37) K时λm= m=9.4×10-6 m,结合电磁波谱图可知该波长的波位于红外线区。
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7.过量的电磁辐射对人体是有害的,按照规定,工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间垂直单位面积的电磁辐射能量)不得超过某一临界值W0。已知某一种手机的电磁辐射功率为P,若手机的电磁辐射在各个方向上是均匀的,则符合规定的安全区域到手机的距离至少为多大
解析 设规定的安全区域距离为R,则对应球的面积为S=4πR2。在t时间内球面获得的能量为E=Pt,球面上单位面积t时间内获得的电磁辐射能量
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B 级 关键能力提升练
8.红外体温计测量体温如图所示。下列说法正确的是( )
A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线
B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D.红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的
D
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解析 本题属于基础性和应用性问题,以红外体温计为素材,考查红外线特点。人体时刻向外辐射红外线,选项A、B错误;红外体温计根据人体辐射红外线的强度大小测温,选项D正确,C错误。
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9.关于电磁波的特性理解正确的是( )
A.可见光的波长一定比无线电波的波长短
B.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
C.相同条件下,电磁波谱中最难发生衍射的是X射线
D.可见光的实质也是一种电磁波,红光波长最短
A
解析 由电磁波谱可知可见光的波长一定比无线电波的波长短,A正确;由电磁波谱可知电磁波的波长和频率是连续的,没有明显的区域界限,B错误;电磁波谱中比X射线波长短的还有γ射线,C错误;在可见光中,红光波长最长,D错误。
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10.搜寻失联飞机的黑匣子主要依靠电磁波技术和超声定位(即声呐)技术。电磁波是指在空间传播的交变电磁场,在真空中的传播速度为3.0×108 m/s,无线电波是其中的一种电磁波。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波,它们的产生方式不尽相同,波的长度也不同,把它们按波长顺序排列就构成了电磁波谱,如图所示。请根据上述信息及所学知识,结合电磁波谱图回答:
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(1)白光(即可见光)可以发生色散,分解成七种色光,其中,三原色光中波长最短的是 光。
(2)广播和电视利用电磁波谱中 来传递声音和图像;飞机黑匣子发出的电磁波信号,在海水中迅速衰减,无法传播,所以黑匣子必须装有能发出 波信号的装置与其同时工作,以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置。
(3)观察电磁波谱中各种波的波长与频率的关系,可以得出初步结论: 。进一步观察和计算电磁波谱中各种波的波长与频率的关系,可以得出结论: 。
蓝
无线电波
声
波的频率越高,波长越短
各种波的频率与波长成反比
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解析 (1)色光的三原色是红、绿、蓝,三原色光中波长最短的是蓝光。
(2)广播和电视利用电磁波谱中无线电波来传递声音和图像;飞机黑匣子发出的电磁波信号,在海水中迅速衰减,无法传播,所以黑匣子必须装有能发出声波信号的装置与其同时工作,以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置。
(3)根据电磁波谱中各种波的波长与频率的关系,可以得出:波的频率越高,波长越短。由c=fλ可得,各种波的频率与波长成反比(或各种波的频率与波长乘积相等,且等于光速)。
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11.家用微波炉是利用微波的电磁能加热食物的新型灶具,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的交流电经变压器,一方面在次级产生3.4 V交流电加在磁控管灯丝两端,另一方面在次级产生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,微波输送至金属制成的加热器(炉腔),被来回反射,微波的电磁作用使食物内分子高频地振动,同时内外迅速变热,并能最大限度地保存食物中的维生素。
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(1)导体可反射微波,绝缘体可使微波透射,而食物通常含有的成分是蛋白质、淀粉、水,较易吸收微波能且转换成热,故在使用微波炉时应注意 。
A.用金属容器将食物放入炉内加热
B.用陶瓷容器将食物放入炉内加热
C.将微波炉置于磁性材料周围
D.将微波炉远离磁性材料周围
(2)试计算变压器的升压变压比。
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答案 11∶100
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解析 (1)食物内通常含有的成分是蛋白质、淀粉、水,易吸收微波而转换成热;由于导体能反射微波,绝缘体使微波透射,所以应该用陶瓷容器盛食物;为避免对磁控管的影响,微波炉应远离磁性材料。故选B、D。
(2)变压器输出电压U2=2 000 V,(共40张PPT)
第4章
第3节 电磁波谱
学习目标 思维导图
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)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、认识电磁波谱
1.把各种电磁波按波长或频率顺序排列起来,就构成了 。
2.按照波长从长到短依次排列为: 、 、
、 、X射线、 。
3.电磁波都具有反射、折射 、 和 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
电磁波谱
无线电波
红外线
可见光
紫外线
γ射线
衍射
干涉
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 ,覆盖距离 ;频率越高,传播损耗 ,覆盖距离 。
2.红外线:人们应用红外线具有明显 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 ,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 ,可预防佝偻病。紫外线还具有 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。
越小
越远
越大
越近
热效应
荧光
维生素D
杀菌
4.X射线:X射线的 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 。
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
穿透力
癌细胞
提示 根据体温越高,辐射红外线越强的原理。
易错辨析 判一判
(1)红外线比红光波长短,它的热效用很强。( )
(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。( )
(3)在电磁波谱中,无线电波一般可用于通信。( )
(4)γ射线是波长最长的电磁波,它比X射线的频率还要低。( )
×
提示 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。
√
√
×
提示 γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高。
即学即用 练一练
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
C
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。
重难探究·能力素养全提升
探究一 无线电波的应用
情境探究
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。
知识归纳
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。
波长由大到小,频率反之
相邻的波长没有明显的界线
电磁波谱
2.无线电波
(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。
传播不需要介质
闪光语录 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 ,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。
应用体验
典例1 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
A
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。
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。
针对训练1
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
C
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,故选C。
探究二 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。
知识归纳
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。
闪光语录 所有物体都能发射红外线。
应用体验
典例2 (多选)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
AC
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。
针对训练2
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
D
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。
探究三 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。
知识归纳
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。
闪光语录 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。
应用体验
典例3 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
D
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。
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。
针对训练3
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
B
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。
学以致用·随堂检测全达标
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3
4
1.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更长
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
C
解析 雷达一般采用直线性好、反射性强的微波,其波长比短波更短,A错误;雷达不是连续地发射无线电波,每次发射的时间及两次发射的时间间隔都有一定要求,B错误;障碍物的距离等情况都由显示屏显示出来,C正确;雷达在能见度低的黑夜也能使用,D错误。
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2.(2023江苏南京宁海中学高二期末)下列关于电磁波的说法正确的是
( )
A.麦克斯韦用实验验证了“变化的电场产生磁场”,并证实了电磁波的存在
B.医院里常用X射线照射病房和手术室进行消毒
C.红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最长
D.电磁波的传播需要介质,其在介质中的传播速度等于光速
C
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解析 麦克斯韦提出了电磁场理论,赫兹通过实验验证了电磁波的存在,故A错误;医院里常用紫外线照射病房和手术室进行消毒,故B错误;根据电磁波谱,按波长由长到短的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,所以题中红外线的波长最长,故C正确;电磁波的传播不需要介质,电磁波在真空中也能传播,其在介质中的传播速度小于光速,故D错误。
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3.无线光通信技术(不需光纤,利用红外线在空间的定向传播来传递信息的通信手段)在局域网、移动通信等多方面显示出极大的应用前景。以下说法正确的是( )
①光通信就是将文字、数据、图像等信息转换成光信号从一地传向另一地的过程
②光纤通信中的光信号在光纤中传输,无线光通信的光信号在空气中传输
③红外线的频率比可见光的频率高
A.①② B.①③
C.②③ D.①②③
A
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4
解析 无线光通信技术是光信号在空气中直接传输,光纤通信中的光信号是在光纤中传输,不论哪种方式,传输的都是文字、数据、图像等信息,由电磁波谱可知红外线的频率比可见光的频率低,故选A。
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4.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
B
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,故B正确。
