第四章 4
基础达标练
1．(2024·广西桂林高二开学考试)关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．X射线可用于广播
B．γ射线是波长最短的电磁波
C．紫外线的频率比紫光的低
D．长波可以摧毁病变的细胞
答案：B
解析：X射线具有较强的穿透能力，所以不能用于广播，故A错误；γ射线是波长最短，频率最高的电磁波，故B正确；紫外线的波长比紫光短，紫外线的频率比紫光的高，故C错误；长波波长较长，频率较低，能量较小，不可摧毁病变的细胞，故D错误。
2．电磁波的频率范围很广，按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱，如图所示。下列说法正确的是( )
A．移动电话使用可见光进行Wi－Fi联网
B．冷物体的红外辐射比热物体的红外辐射强
C．紫外线具有的能量足以破坏细胞核中的物质
D．X射线的频率比γ射线的频率高
答案：C
解析：移动电话经常使用Wi－Fi联网，也会用蓝牙传输数据，两种方式均是利用电磁波来传输信息的，均利用了电磁波中的微波，A错误；根据辐射的特点可知，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，B错误；紫外线频率较高，所以具有较高的能量，可破坏细胞核中的物质，通常用于杀菌，C正确；X射线的波长比γ射线的长，X射线的频率比γ射线的低，D错误。
3．根据各种波的用途和特性可以判断下列波中不属于电磁波的是( )
A．消毒用的紫外线
B．透视用的X射线
C．教室里的读书声
D．遥控器发出的红外线
答案：C
解析：教室里的读书声是声波，声波是机械波，不属于电磁波，故选C。
4．下列关于红外测温枪的说法中正确的是( )
A．红外测温枪接收到的是身体的热量信号
B．体温越高，测温枪接受到最强辐射频率越低
C．体温越高，测温枪接受到最强辐射波长越短
D．红外线属于电磁波，其波长小于紫外线的波长
答案：C
解析：红外测温枪接收到的是人体辐射出的红外线，通过波长、强度与温度的关系，就可以得到人体的温度，并不是直接接收人体的热量信号，故A错误；体温越高，测温枪接受到最强辐射频率越高，故B错误；体温越高，测温枪接受到最强辐射波长越短，故C正确；红外线属于电磁波，根据电磁波谱的排列顺序可知，红外线的波长大于紫外线的波长，故D错误。
5．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
A．在电磁波中，最容易发生明显衍射现象的是γ射线
B．遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
答案：BD
解析：波长越长，越容易发生明显的衍射现象，故在电磁波中，最容易发生明显衍射现象的是无线电波，故A错误；红外线的频率比X射线低，故遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长，故B正确；紫光的频率比紫外线的频率低，紫光的波长比紫外线的波长长，故紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射，故C错误；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故D正确。
6．(多选)电磁波在现代科技和生活中得到了广泛的应用。以下关于电磁波的应用，说法正确的是( )
A．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点
B．紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应
C．X光透视利用的是光的衍射现象
D．工业上的金属探伤利用的是γ射线具有极强的穿透能力
答案：ABD
解析：一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用这个原理，故A正确；紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应，故B正确；X射线具有较强的穿透能力，在医学上用它来透视人体，检查病变和骨折情况，故C错误；工业上的金属探伤利用的是γ射线具有极强的穿透能力，故D正确。
7．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
答案：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。D正确。
8．一种电磁波入射到半径为1 mm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
答案：C
解析：一种波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸跟其波长差不多或比其波长还要短，电磁波中的无线电波波长大于1 mm，红外线波长小于1 mm，可见光、紫外线、γ射线的波长更短，所以只有无线电波符合条件，故选C。
9．(多选)(2024·天津高二期末)一些重要的公共场所通常会使用一种人体感应紫外线灯消杀病毒。这种灯装有红外线感应开关，人来灯灭，人走灯亮。下列说法正确的是( )
A．真空中红外线的波长比紫外线的长
B．真空中红外线的传播速度比紫外线的大
C．紫外线光子的频率比红外线的大
D．红外线和紫外线均属于可见光
答案：AC
解析：真空中红外线的波长比紫外线的长，紫外线光子的频率比红外线的大，故A、C正确；真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度，故B错误；红外线和紫外线均不属于可见光，故D错误。
能力提升练
10．(2024·江苏高二期中)蓝牙是一种使用2.4 GHz频段的无线电波支持设备短距离通信的技术，能在手机、无线耳机、智能手环、打印机等众多设备之间进行信息交换，则( )
A．这个频段的电磁波比γ射线能量更高
B．这个频段的电磁波比紫外线更难观察到明显衍射现象
C．蓝牙信号“穿墙”时，在墙壁中的传播速率大于3×108 m/s
D．智能手机中集成的蓝牙模块有发射和接收电磁波的功能
答案：D
解析：γ射线是电磁波谱中能量最高的，故A错误；蓝牙的频段为2.4 GHz，低于紫外线的频段，其波长较紫外线大些，比紫外线更容易观察到明显衍射现象，故B错误；3×108 m/s是电磁波在真空中的传播速度，也是最大的速度，电磁波在介质中的传播速度会变小，故C错误；智能手机利用蓝牙技术进行信息交换，可以断定智能手机中集成的蓝牙模块有发射和接收电磁波的功能，故D正确。
11．(2024·湖南高二期中)医学上常用的水银体温计可以在家庭中使用，红外测温枪在学校、居民区、办公楼、商场等公共场所广泛应用，下图是红外测温枪，下列说法中正确的是( )
A．水银体温计可以用来测量沸水的温度
B．红外测温枪和电熨斗中的温度敏感元件相同
C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度
D．红外测温检测量人体温度时，离人体越远，显示温度越低
答案：D
解析：水银体温计量程不高于42 ℃，则不可以用来测量沸水的温度，故A错误；红外测温枪使用的是红外线传感器，电熨斗使用的是双金属片，故B错误；红外测温枪接收人体发射出来的红外线，从而测量人体温度，故C错误；红外测温枪测量人体温度时，离人体越远，接收到人体辐射出来的红外线的功率越小，显示温度越低，故D正确。
12．(2024·广西百色高二期末)手机是当下使用最广泛的通讯工具。人们在使用手机时，经常通过Wi－Fi联网，有时也会通过蓝牙传输数据。Wi－Fi技术与蓝牙技术同属于短距离无线电技术，所使用的无线电波频率一般在2.4 GHz附近。下列说法正确的是( )
A．Wi－Fi使用的无线电波会发生多普勒效应
B．Wi－Fi使用的无线电波在水中传播比在空气中更快
C．紫外线比蓝牙使用的无线电波更易发生明显衍射
D．蓝牙使用的无线电波有横波也有纵波
答案：A
解析：多普勒效应是各种波共有的特征，Wi－Fi使用的无线电波会发生多普勒效应，故A正确；Wi－Fi使用的无线电波在水中传播比在空气中更慢，故B错误；蓝牙使用的无线电波的波长大于紫外线的波长，则蓝牙使用的无线电波比紫外线更易发生明显衍射，故C错误；蓝牙使用的无线电波为横波，故D错误。
13．如图所示为某雷达的荧光屏，屏上标尺的最小刻度对应的时间为2×10－4 s。雷达天线朝东方时，屏上的波形如图甲；雷达天线朝西方时，屏上的波形如图乙。问：雷达在何方发现了目标？目标与雷达相距多远？
答案：西方 300 km
解析：当天线朝东方时，没有反射波，而天线朝西方时，有反射波，所以目标在西方。
s＝cΔt＝×3×108×20×10－4 m＝300 km。
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第四章 电磁振荡与电磁波
4．电磁波谱
目标体系构建
1．了解无线电波的波段划分，了解不同波段的无线电波的用途及传播特点。
2．了解红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线的特征及典型应用，认识电磁波谱。
3．了解科技对人类生活和社会发展的影响，增强学习兴趣和责任意识。
1．物理观念：电磁波谱的概念和组成，电磁波具有能量的特性。
2．科学探究：各电磁波波段的特点、传播特点及用途，太阳光光谱分布与人类感知有关现象之间的关系。
3．科学思维：利用雷达工作原理确定物体的距离、方位和速度。
4．科学态度与责任：电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。
课前预习反馈
知识点 1
1．概念
按电磁波的_______大小或_______高低的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱。
2．按频率由小到大的顺序排列电磁波谱
无线电波，________，________，________，_________，γ射线。
『判一判』
(1)太阳辐射的电磁波中只有可见光。( )
(2)红外线、X射线和γ射线都属于电磁波。( )
电磁波谱
×
√
波长
频率
红外线
可见光
紫外线
X射线
知识点 2
1．无线电波
(1)定义：技术上把波长_________mm(频率_____________GHz)的电磁波称作无线电波。
(2)分类：无线电波按波长(频率)可划分为长波、___________、 _________、_______、微波。
(3)应用：无线电波广泛应用于_______、_______及其他信号传输。
不同电磁波的特性和用途
大于1
低于300
中波
中短波
短波
通信
广播
2．红外线
(1)波长范围：波长比___________短，比_________长。
(2)所有_______都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射_____。
(3)主要应用：烘干、___________、_______、夜视仪等。
3．可见光
(1)波长范围：可见光的波长在________ nm到_________ nm之间。
(2)7种可见光波长从长到短的排序是：红光、_______、_______、_______、_______、_______、紫光。
(3)可见光的作用：引起人类的_______。
无线电波
物体
强
红外遥感
测温
400
760
橙光
黄光
绿光
青光
蓝光
视觉
可见光
4．紫外线
(1)波长范围：紫外线的波长在5 nm到_________ nm之间，不能引起人的视觉。
(2)主要应用
①紫外线具有较高的能量，因此可以利用紫外线___________。
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___________。
370
灭菌消毒
防伪措施
5．X射线和γ射线
(1)波长范围：波长比紫外线更短。
(2)主要应用
①X射线：X射线能够穿透物质，可以用来检查_______________，在工业上，利用X射线检查_____________________等。
②γ射线：具有很高的能量，穿透能力更强。主要应用有：医学上具有治疗_______的作用，工业上具有探测_____________________的作用。
人体内部器官
金属构件内部的缺陷
癌症
金属构件内部的缺陷
『判一判』
(3)不同波段的无线电波其传播特点不一样。( )
(4)雷达在能见度低的黑夜将无法使用。( )
(5)人体每时每刻都在发射红外线。( )
(6)过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤。( )
√
×
√
√
『选一选』
(2024·福建福州期中)关于物理知识在科技和生活中的应用，图中甲、乙、丙、丁对应的说法正确的是( )
A．图甲中行李安检仪采用α射线来透视安检物品
B．图乙中肥皂泡上不同的颜色是光的衍射造成的
C．图丙中测温仪是利用红外线来感应物体表面温度的
D．图丁中紫外线验钞机利用了紫外线的化学作用
答案：C
解析：图甲中行李安检仪采用X射线来透视安检物品，A错误；图乙中肥皂泡上不同的颜色是光的干涉造成的，B错误；图丙中测温仪是利用红外线来感应物体表面温度的，C正确；图丁中紫外线验钞机利用了紫外线的荧光作用，D错误。
『想一想』
为什么傍晚的阳光比较红？
答案：见解析
解析：大气对波长较短的光吸收较强，傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时，蓝光、紫光等大部分被吸收掉了，剩下红光、橙光透过大气层射入我们的眼睛，所以傍晚的阳光比较红。
课内互动探究
探究?
电磁波谱
1．电磁波谱
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(频率由小到大)顺序排列的电磁波谱。
要|点|提|炼
2．共性
(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，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＝3.0×108 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。
3．个性
(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出相同的特性，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。
1．(2024·广东肇庆高三模拟预测)随着科技的进步，越来越多的人使用蓝牙耳机，手机与基站及耳机的通信如下图所示。若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波，则以下说法正确的是( )
典|例|剖|析
A．甲、乙波的频率都比可见光的频率大
B．真空中甲波的传播速度比乙波慢
C．真空中甲波比乙波更容易绕过障碍物
D．甲波与乙波有可能发生干涉
答案：C
解析：由图可知甲、乙波的波长都比可见光的波长大，根据波长、波速和频率关系式c＝λf，可知甲、乙波的频率都比可见光的频率小，故A错误；电磁波在真空中传播速度相同，则真空中甲、乙波速度相同，故B错误；由图可知甲波波长大于乙波波长，则甲波的波动性更明显，更容易发生衍射，故C正确；两列波发生干涉的条件是：频率相同、振动方向相同、相位差恒定，甲、乙两波的频率不同，不能发生干涉现象，故D错误。
我们的生活已经离不开电磁波，如：北斗定位系统使用频率为1 500 MHz(1 MHz＝106 Hz)左右的电磁波，手机工作时使用频率为800～1 900 MHz的电磁波，家用5GWi－Fi使用频率约为5 725 MHz的电磁波，地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波。关于这四种电磁波的说法正确的是( )
A．家用5GWi－Fi使用的电磁波的衍射现象最明显
B．北斗定位系统使用的电磁波的能量最强
C．地铁行李安检时使用的电磁波具有较强的穿透本领
D．手机工作时使用的电磁波是纵波，不能产生偏振现象
对点训练
答案：C
解析：家用5GWi－Fi使用的电磁波的频率较高，所以其波长较短，故其衍射现象不明显，故A错误；北斗定位系统使用的电磁波比家用5GWi－Fi使用的电磁波的频率要低，根据电磁波的频率越高，能量越大，可知北斗定位系统使用的电磁波的能量不是最强的，故B错误；地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波，频率非常高，这种电磁波具有较强的穿透本领，故C正确；电磁波均为横波，能产生偏振现象，故D错误。
探究?
不同电磁波的应用与比较
不同电磁波的应用和比较
要|点|提|炼
种类 波长范围 特性 应用 产生机理
无线电波 大于
1 mm 传播能力强 通信、广播、导航、射电望远镜 振荡电路中自由电子的周期性运动
种类 波长范围 特性 应用 产生机理
红外线 大于
760 nm 热作用强 加热、红外遥感、测温、夜视仪、红外摄影 原子的外层电子受激发
可见光 400～
760 nm 感光性强 照明、照相
紫外线 5～
370 nm 杀菌作用、
化学作用、
荧光作用 灭菌消毒、制成验钞机、促使人体合成维生素D
种类 波长范围 特性 应用 产生机理
X射线 0.001～
10 nm 较强的穿透能力 透视人体检查器官、检查金属部件的质量 原子的内层电子受激发
γ射线 小于
0.001 nm 穿透能
力最强 医学上的γ刀技术，由于能穿透几厘米的铅板而用于探测金属内部的缺陷 原子核
受激发
2．下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理原理。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
典|例|剖|析
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。
答案：(1)D (2)C (3)E
(2023·江苏省高邮市高二期中)某肺炎病人拍摄的CT胸片如图所示，病毒感染处的密度与其他部分不同，片中显示为白斑。拍摄CT胸片时使用下列哪种电磁波( )
A．X射线 B．红外线
C．无线电波 D．紫外线
答案：A
对点训练
解析：医学中的CT胸片是利用X射线穿透能力与密度有关的特点，故选A。
课堂小结
核心素养提升
了解雷达
1．雷达的工作原理
利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
2．确定位置的方法
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2s＝ct确定被测物体的距离，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．构造及特点
一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。
(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、反射性能强的微波波段；
(3)雷达发射的是不连续的无线电波，即脉冲，每次发射时间短于1 μs，两次发射的时间间隔约为0.1 ms；
(4)障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。
4．应用
探测飞机、导弹等军事目标；可以用于导航；天文学上研究星体；在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云。
雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备，它可以向一定方向发射不连续的电磁波脉冲，遇到障碍物会发生反射。雷达在发射和接收电磁波时，荧光屏上分别会呈现出一个尖形波。某防空雷达发射相邻两次电磁波脉冲之间的时间间隔为Δt＝5×10－4 s。它在跟踪一个向着雷达匀速移动的目标的过程中，某时刻在监视屏上显示的雷达波形如图甲所示，30 s后在同一方向上监视屏上显示的雷达波形如图乙所示。已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间为1×10－4 s，电磁波在空气中的传播速度为3×108 m/s，则被监视目标的移动速度最接近( )
案例
A．1 200 m/s B．900 m/s
C．500 m/s D．300 m/s
答案：C
雷达侦察问题的解决方法
电磁波在空气中的传播速度可认为等于真空中的光速c，由波速、波长和频率三者间的关系可求得频率。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，为此反射波必须在下一个发射波发出前到达雷达接收器。可见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。
(2)要增大雷达的最大侦察距离，必须延长相邻两发射脉冲的时间间隔，即减少每秒发射的脉冲数。
(3)因电磁波在传播过程中不可避免地要损失能量，因此要提高雷达的侦察能力，增大最大侦察距离，最根本的还在于提高雷达的发射功率。
课堂达标检测
一、电磁波谱
1．下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是( )
A．红外线、紫外线、可见光、γ射线
B．γ射线、紫外线、红外线、可见光
C．γ射线、紫外线、可见光、红外线
D．红外线、可见光、紫外线、γ射线
答案：D
解析：电磁波波长由长到短为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，故D正确。
二、不同电磁波特性和用途
2．(2024·浙江杭州高二阶段练习)关于电磁波的有关说法正确的是( )
A．红外线有很强的热效应，它的波长比微波还要长
B．电磁波从空气传入水中，波速变小，波长变长
C．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制
D．X射线比可见光更容易发生衍射
答案：C
3．(2024·重庆市高二阶段练习)电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱，如图所示，下列关于电磁波说法正确的是( )
A．红外线可以灭菌消毒
B．紫外线的波长比红外线长
C．振荡电路生成电磁波的频率随电容C的增大而减小
D．X射线能在磁场中偏转，但穿透力较强，可用来进行人体透视
答案：C
4．(2024·浙江杭州高二期末)关于下列四幅图说法正确的是( )
A．甲图电磁炉工作原理是线圈通交变电流后，由于线圈发热把热量传给锅体实现加热
B．乙图微波炉加热食物是利用食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高
C．丙图电工服内部用包含金属丝的织物制成，主要是因为金属丝很坚韧，有利于保护人体
D．丁图灵敏电流表运输途中将正负接线柱用导线连接，利用了电磁感应中的电磁驱动
答案：B
解析：电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，电流频率越高，加热越快，故A错误；微波炉是利用食物中水分子在微波作用下热运动加剧，温度升高来加热食物的，故B正确；电工服内部是用包含金属丝的织物制成，金属织物具有静电屏蔽作用，对人具有保护作用，故C错误；灵敏电流表在运输途中为了防止指针的大角度偏转，会把灵敏电流表的正负接线柱用导线连接，利用了电磁感应中的电磁阻尼现象，故D错误。
