课件44张PPT。4 电磁波与信息化社会
5 电磁波谱一、电磁波与信息化社会
1.电磁波的传输:电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输,也
可实现无线传输。电磁波的频率_____,相同时间内传递的信息
量_____。越高越大2.电磁波的应用实例:
(1)电视:摄像机采集图像信号,在1s内要传送___幅画面,电视
接收机也以相同的_____在荧光屏上显现这些画面,便实现了影
像的传递和再现。
(2)雷达:利用无线电波来测定物体_____和速度的无线电设备。
(3)移动电话:指通信双方至少有一方可以_________进行信息
交换的通信方式。
(4)移动电话、_______也是利用电磁波来传输信息的。25速率位置自由移动因特网【自我思悟】
移动电话通信时为什么要用基站?
提示:移动电话的体积很小,发射功率不大;它的天线又很简单,灵敏度不高。因此它与其他用户通话要靠较大的固定无线电台转接,即需要基站传播。二、电磁波谱
把各种电磁波按波长或频率的大小顺序排列起来,就组成了
_________。按照波长从长到短依次排列为无线电波、_______、
可见光、_______、______、γ射线。
不同的电磁波由于具有不同的_____(波长),才具有不同的特性。电磁波谱红外线紫外线X射线频率1.无线电波:波长大于1mm(频率小于300GHz)的电磁波是无线电
波,主要用于_____和_____。
2.红外线:它是一种光波,它的波长比无线电波短,比可见光长,
不能引起人的视觉。所有物体都发射_______,热物体的红外辐
射比冷物体的红外辐射___,主要应用于_____或_________。
3.可见光:可见光的波长为760～400nm。分为红、橙、黄、
绿、青、蓝、紫七种颜色。不同颜色的光波长(频率)_____。通信广播红外线强加热红外摄影不同4.紫外线:波长范围为5～370 nm,不能引起人的视觉,紫外线具
有_____作用,应用于_________;还有较强的_____效应,用来激
发荧光物质发光。
5.X射线和γ射线:
(1)X射线:频率比紫外线还高,又叫“伦琴射线”。穿透力
_____。用来检查工业部件的内部有无裂纹或气孔,医学上用
于_____。化学杀菌消毒荧光较强透射(2)γ射线:波长最短的电磁辐射,具有很高的_____,穿透能力
更强。主要应用有:医学上具有_____作用,工业上具有_____作
用。
6.电磁波传递_____,电磁波是一种_____。
7.太阳辐射:太阳辐射中不仅含有可见光,还有无线电波、红外
线、紫外线、X射线、γ射线,其能量主要集中在_______、
_______和_______三个区域。可见光中主要以黄光附近的光最
强,这也是人眼最敏感的区域,这应该是自然万物的绝妙与和谐吧!能量治疗探测能量物质可见光红外线紫外线【自我思悟】
生活中的哪些现象应用了电磁波?
提示:生活中,电磁波应用非常广泛,像电视、雷达、卫星导航、微波炉、移动电话(手机)等都应用了电磁波。【盲区扫描】
1.当反射波形与发射波形对应的时间间隔等于发射脉冲的时间
间隔时,雷达的侦察距离最大,s=c· 。
2.不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大,折射
率越大,速度越小。一、电磁波与信息化社会 深化理解
1.电视广播的发射和接收过程:2.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,确定障
碍物的位置。【微思考】
(1)摄像管和显像管的作用有什么不同?
提示:摄像管将景物的图像转换为电信号,而显像管将电信号还原出图像。
(2)雷达是怎样测定物体位置的?
提示:根据发射和接收到无线电波的时间t确定距离,再结合发射无线电波的方向确定物体位置。【题组通关】
【示范题】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× 10-4s,某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示,t=173s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示,雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔为10-4s,电磁波的传播速度为c=3× 108m/s,则该战斗机的飞行速度大约为多少?【解题探究】(1)甲、乙两图显示发射和接收电磁波的时间间隔各是多少?
提示:甲图时间间隔t1=4×10-4s
乙图的时间间隔t2=1×10-4s
(2)如何确定飞机的水平距离?
提示:根据两次飞机到雷达的距离由几何关系求出。【规范解答】由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0=10-4s,
甲图发射波和接收波的时间间隔t1=4×10-4s,乙图时间间隔
t2=1×10-4s。所以,第一次战斗机距雷达的距离为s1=c×
=6.0×104m,第二次战斗机在雷达正上方。所以,战斗机的高度
h=c× =1.5×104m,故173s内战斗机飞行的水平距离为s=
=5.8×104m。所以,v= ≈335m/s。
答案:335m/s【通关1+1】
1.(多选)(2013·大连高二检测)下列说法中正确的是( )
A.摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置
B.电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置
C.摄像机在1 s内要传送25张画面
D.电视机接收的画面是连续的【解析】选A、B、C。通过摄像机摄到景物的光信号,再通过特殊装置(扫描)转变为电信号,在1s内要传送25张画面;电视机通过显像管将接收到的电信号再转变为光信号,最后还原为图像和景物,每秒要接收到25张画面,由于画面更换迅速和视觉暂留,我们感觉到的便是活动的图像,所以A、B、C正确。2.一个雷达向远处发射无线电波,每次发射
的时间为1μs,两次发射的时间间隔为
100μs,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ab=bc,则障碍物
与雷达之间的距离是多大?【解析】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ab=bc可知,无线电波从发射到返回所用时间为50μs。
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= =7.5×103m。
答案:7.5×103m【变式训练】1.(2013·锦州高二检测)关于电磁波和现代通信,下列叙述不正确的是( )
A.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信
B.光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等优点
C.电磁波可以在真空中传播
D.电磁波的频率越高,在真空中传播的速度越大【解析】选D。这是一道关于电磁波和现代通信的题目。卫星通信就是以人造地球卫星作为中继站进行通信的;光纤通信的优点是容量大、不受电磁干扰、通信质量高、传输损耗小等;电磁波的传播不需要介质,在真空中也可以传播,它的传播速度为光速,不同频率的电磁波,在真空中传播的速度是一样的。故应选D。2.(2014·太原高二检测)某广播电台发射“中波”段某套节
目的讯号,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.f1f4 D.f1>f2雷达侦察问题的解决方法
(1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c,根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔,可求得侦察距离。
(2)根据发射无线电波的方向和仰角,确定被侦察物体的位置。
(3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半。 二、各种电磁波的特性 深化理解
1.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=3.0×108m/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.个性:
(1)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,穿透能力越强。
(2)同频率的电磁波在不同介质中传播速度不同。不同频率的电磁波在同一种介质中传播时,频率越大,折射率越大,速度越小。(3)产生机理不同:(4)用途不同:无线电波用于通信和广播,红外线用于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照片,γ射线用于检查金属部件的缺陷等。【微思考】
(1)不同频率的电磁波在真空中的传播速度相同吗?
提示:相同,都等于3.0×108m/s。
(2)不同频率的电磁波在同一种介质中的传播速度是否相同?
提示:不相同,频率越大,速度越小。【题组通关】
【示范题】下列有关电磁波的特性和应用,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.电磁波中频率最大的为γ射线,最容易发生衍射现象
D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光 【解题探究】(1)医学上常用于透视人体的是哪种射线?为什么?
提示:X射线,X射线的穿透本领强。
(2)在电磁波中由红外线到γ射线,频率最大的是什么射线?波长最长的是什么射线?
提示:γ射线的频率最大,红外线的波长最长。【规范解答】选D。X射线有很高的穿透本领,医学上常用于透视人体,红外线不能,A错误;过强的紫外线照射对人的皮肤有害,B错误;电磁波中频率最大的为γ射线,其波长最短,最不容易发生衍射,C错误;紫外线和X射线都可以使感光底片感光,D正确。【通关1+1】
1.(2013·呼和浩特高二检测)一种电磁波入射到半径为1m的
孔上,可发生明显的衍射现象,这种波属于电磁波谱的哪个区
域( )
A.可见光 B.γ射线 C.无线电波 D.紫外线【解析】选C。一种波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸大小跟波长差不多或比波长还要小。电磁波中的无线电波波长大约是104～10-2m,红外线波长大约是10-2～10-3m,可见光、紫外线、γ射线的波长更短,所以只有无线电波才符合条件。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【解析】选D。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。D正确。【变式训练】(2013·马鞍山高二检测)下列关于紫外线的几种说法中,正确的是( )
A.紫外线是一种紫色的可见光
B.紫外线的频率比红外线的频率低
C.紫外线可使钞票上的荧光物质发光
D.利用紫外线可以进行电视机等电器的遥控【解析】选C。紫外线波长比可见光中紫光的波长还短,不能引起视觉,是不可见光,其频率比可见光及红外线的都要高;紫外线有荧光作用,钞票上的荧光物质受到紫外线照射时,能发出荧光,故A、B选项错误,C选项正确;电视机等电器都是利用红外线遥控的,故D选项错误。【资源平台】电磁波的危害
【示范题】电磁波给人们的生活带来日新月异变化的同时,也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通讯装置,会对人体健康产生影响的是( )【标准解答】选C。移动电话是通过电磁波来传递信息的,长期使用会对人体的健康产生影响。摇柄电话、拨号电话、按键电话都是通过导线中的电流进行信息传播的,没有电磁波的污染,故选C。温馨提示：
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课时达标·效果检测
一、选择题
1.(2013·衡阳高二检测)古代也采用过“无线”通信的方式,如利用火光传递信息的烽火台,利用声音传递信号的鼓等,关于声音与光,下列说法中正确的是
( )
A.声音和光都是机械波
B.声音和光都是电磁波
C.声音是机械波,光是电磁波
D.声音是电磁波,光是机械波
【解析】选C。声音必须在介质中传播,是机械波;光可以在真空中传播,是电磁波。
2.(多选)(2013·鄂州高二检测)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射线具有很强的贯穿能力
【解析】选A、B、C、D。A项,人眼看到物体,说明人眼感受到了可见光的能量;B项,红外线具有热作用,说明红外线具有能量;C项,电谐振在调谐电路中的感应电流的能量来源于空中的无线电波;D项,γ射线的贯穿能力说明γ射线具有很高的能量。
3.(多选)(2013·温州高二检测)关于电磁波谱,下列说法中正确的是( )
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
【解析】选A、B。波长越长的无线电波波动性越显著,干涉、衍射现象易发生;红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发产生的;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;不论物体温度高低都能辐射红外线,物体的温度越高,它辐射的红外线越强。
【变式训练】关于电磁波在真空中的传播速度,下列说法中正确的是( )
A.频率越高,传播速度越大
B.波长越大,传播速度越大
C.电磁波的能量越大,传播的速度越大
D.频率、波长、能量强弱都不影响电磁波的传播速度
【解析】选D。电磁波在真空中的传播速度为3.0×108m/s,与频率、波长、能量强弱均无关,故应选D。
4.雷达在搜寻目标时,接收到回波所用时间为1.2×10-4s,则此目标距雷达
( )
A.36 km B.72 km C.18 km D.9 km
【解题指南】关于雷达的问题主要是建立模型,发射出去的无线电波遇到障碍物后返回,可以在这个时间间隔内被天线接收。测出从发射无线电波到收到反射波的时间,就可以求得到障碍物的距离,再根据发射电波的方向和仰角,便能确定障碍物的位置了。
【解析】选C。s=c·t=3×105××1.2×10-4km=18 km,故C正确。
二、非选择题
5.(2013·青岛高二检测)在电视节目中,我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话,他们之间每一问一答总是迟“半拍”,这是为什么?如果有两个手持卫星电话的人通过同步卫星通话,一方讲话,另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话?(已知地球的质量为6.0×1024kg,地球半径为6.4×106m,引力常量为6.67×10-11N·m2·kg-2)
【解析】主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的,利用电磁波传递信息是需要时间的,设同步卫星高度为H,由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,即=m(R+H),H=-R=3.6×107m,则一方讲话另一方听到所需的最少时间是t==0.24s。
答案:电磁波传递信息也是需要时间的 0.24s
一、选择题
1.(多选)(2013·石家庄高二检测)在电磁波中,波长按从长到短顺序排列的是
( )
A.无线电波、可见光、红外线
B.无线电波、可见光、γ射线
C.红光、黄光、绿光
D.紫外线、X射线、γ射线
【解析】选B、C、D。电磁波中,波长按从长到短排列的是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。可见光中,按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序波长越来越短。故选项B、C、D正确。
【变式训练】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,美国北部一些电网出现了电流急冲现象。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的( )
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】选C。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。
2.(2013·包头高二检测)高原上人的皮肤黝黑的原因是( )
A.与高原上人的生活习惯有关
B.与高原上的风力过大有关
C.与高原上紫外线辐射过强有关
D.由遗传基因本身决定的
【解析】选C。高原上的紫外线辐射比平原高很多,而紫外线对皮肤有生理作用,可使皮肤变黑而粗糙。
3.(2013·浙江高考)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
【解题指南】解答本题可按以下思路进行:
(1)机械波是质点振动在介质中的传播,电磁波是电场和磁场的相互转化,波都可以传递信息;
(2)波的传播速度由介质决定,波长由振源和介质共同决定。
【解析】选B。A项中电磁波可以传递信息,声波也能传递信息,由此判断A错误;B项中手机在通话时,涉及的波既有电磁波又有声波,B项正确;C项中,太阳光中的可见光的传播速度远大于医院“B超”中的超声波的传播速度,C项错误;D项中,遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长,故D项错误。
4.(多选)(2013·东城区高二检测)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】选A、C。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。
二、非选择题
5.某高速公路自动测速仪装置如图甲所示,雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波,每次发射时间约为百万分之一秒,两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射无线电波时,在指示器荧光屏上呈现出一个尖形波;在收到反射回来的无线电波时,在荧光屏上呈现第二个尖形波。根据两个波的距离,可以计算出汽车距雷达的距离,根据自动打下的纸带如图乙所示,可求出该汽车的车速,请根据给出的t1、t2、t、c求出汽车车速的表达式。
【解析】根据图乙所示第一次测量时汽车距雷达的距离s1=;第二次测量时汽车距雷达的距离s2=。两次发射时间间隔为t,则汽车的速度v===。
注:这里边有一个微小的误差,即t不是两个位置的时间差,准确值应是t-+,但与相差不大,对v的计算结果影响很小,可略去不计,所以采用上式较为精确。
答案:v=
【总结提升】雷达测距问题分析方法
解答雷达测距问题的关键是理解雷达测距原理。应用公式求位移的主要问题是通过题目已知及分析得出发射脉冲与接收脉冲之间的时间间隔Δt。应用s=c·求出被测物体与雷达之间的距离。
6.(2013·沈阳高二检测)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,220V的交流电经变压器,一方面在次级产生3.4 V交流电对磁控管加热,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2450MHz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)试计算变压器的升压变压比。
(2)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 ,较易吸收微波且转换成热,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
【解析】(1)变压器输入电压U1=220V,输出电压U2=2000V,则有===。
(2)食物内通常含有的成分是蛋白质、水、脂肪,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。
答案:(1)11∶100 (2)蛋白质、水、脂肪 B、D
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