20.2电磁波的应用学案--沪科版新版9全册物理

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【学习目标】
1.能了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影 响， 知道无线电波、微波等不同区间的电磁波的应用。
2.能体会人类对电磁波技术的巧妙应用，能感受电磁波技术的应用拓展了人类认识自然的能力。
重点：1.通过分析无线电波的分类表，掌握不同波段无线电波的特点及其主要用途。
2.结合实例，理解调幅（AM）和调频（FM）在无线电广播中的应用原理。
难点：1.区分不同波段无线电波的传播特性及其实际应用场景。
2.理解高频电磁波（如微波、γ射线）在通信和医疗中的能量特性及其作用机制。
【自主学习】
1.在电磁波谱中，无线电波的波长______，频率______，被广泛用于长距离传送声音、图文等信号.无线电波的波长范围非常广，可分为多个波段。
2. 低频无线电波适用于______距离无线电通信，要实现更远距离的传播，则需要利用地面转播站；高频无线电波则被电离层______，从而传播到________的地方。
3.信号调制方式
（1）调幅（AM）：无线电波的______随声音信号变化，适用于中波广播，覆盖范围广但音质一般；
（2）调频（FM）：无线电波的______随声音信号变化，适用于甚高频广播，音质好、抗干扰能力强，常用于立体声节目。
4. 通信卫星使用的微波频率一般在300 MHz至300 GHz之间.与卫星进行通信，________天线需要对准卫星，实现微波信号的发射与接收.
5. 在电磁波谱可见光区红光的外侧，存在一个看不见的电磁波段，即红外线的波长比红光要_____，约为10－6～10－3 m.
6. 所有物体都会发射_________，且强度与波长和物体的温度有关.温度低于500 ℃的物体只会发射_________，超过500 ℃的物体则既可发射_________也可发射_______.红外线作为一种特殊的电磁波，应用非常广泛，常见于热成像、遥控与检测等领域。
7. 高频电磁波在医疗等领域还有很多基于其_______特性的应用，如γ射线治疗、激光医疗与焊接等
8. 激光相较于普通光源，单色性、方向性_______，除了可用于矫正近视的手术，还可用于机械制造中的精密模具加工、精密焊接等工艺，甚至用于核聚变研究。
【合作探究】
1. 无线电波的特点与分类
观察思考：在下面的电磁波谱中，谁的的波长最长，频率最低？
无线电波的分类及用途(部分)
频带名称 频率范围 ν /Hz 波段名称 波长范围 λ /m 用途
低 频 3×104 ～3×105 长 波 104 ～ 103 越洋长距离通信和导航
中 频 3×105～ 3×106 中 波 103 ～ 102 无线电广播
高 频 3×106～ 3×107 短 波 102～ 10 无线电广播、电报通信
甚高频 3×107～3×108 米 波 10 ～ 1 调频无线电广播
特高频 3×108～3×109 分米波 1 ～ 10-1 航空无线定位、无线电导航
超高频 3×109 3×1010 厘米波 10-1 ～10-2 电视广播
2. 低频无线电波
低频无线电波适用于___________无线电通信，要实现更远距离的传播，则需要利用_______；高频无线电波则被电离层_________，从而传播到更远的地方。
无线电波在地球表面的传播示意图
3.中、高频无线电波
调幅波
（1）调幅：无线电波的_______根据所传送的声音信号而变化，这种信号调制方式称为______，简称调幅。适用于_______无线电波，覆盖范围广，但音质一般
调频波
（2）调频：高频电磁波的_________依据所需传送的声音信号而变化，这种信号调制方式称为频率调制，简称调频。适用于___________的无线电波，用于传输高品质广播，音质好、抗干扰能力强，常用于立体声节目。
4.超高频
用于电视广播的超高频波段的电磁波________绕过建筑物，用于接收电视信号的天线必须直接对准电视塔。很多城市都建有非常高的电视塔，它们也成为所在城市的文化地标之一。
东方明珠电视塔
1. 微波的特点与应用
（1）波长特性：波长在厘米量级，穿透能力______，能穿透大气层；
（2）适用于_________与雷达信号传送，以及卫星通信，具有极高的民用、科研及军事价值。
2.卫星通讯
（1）微波信号经__________天线发射，经由________接收、放大并转发给其他地面站或中继卫星，从而实现覆盖较广区域甚至全球的通信。
地面站
思考讨论：至少用几颗地球同步卫星就可以实现全球通信？
拓展延伸
不同轨道卫星的覆盖需求
系统类型 轨道高度 卫星数量 代表案例 覆盖特点
GEO通信 35,786 km 3颗 国际通信卫星组织 覆盖全球（除极地）
MEO导航 20,200 km 24颗 GPS 全球定位，需4颗定位
LEO通信 550 km 1,000+颗 星链 低延迟，高带宽
（2）通信卫星使用的微波频率一般在___________至__________之间，与卫星进行通信，地面站天线需要对准卫星，实现微波信号的发射与接收。
知识拓展：科学书屋
微波炉
生活中，我们比较熟悉的电磁波能量特性的应用是微波炉。微波炉中的磁控管能够产生很强的电磁波如图所示，它的波长很短，所以叫做微波。
食物的分子在微波作用下剧烈振动并相互摩擦而产生热量，食物的温度升高。这种微波可以穿透食物内部 5 cm，使食物内部和外部一同受热，效率高。因为食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波炉中温度上升更快。
1.红外线
(1)定义： 在电磁波谱中，红外线位于可见光区_________的外侧与微波之间的电磁波 ，波长比红光_______，约为 10-6 ～ 10-3 m。
(2)特点
①不可见性：肉眼_______，需借助红外探测器、热像仪等设备捕捉。
②所有物体都会发射__________，温度越______，发射的红外线越强。
温度低于 500 ℃ 的物体只会发射红外线；超过 500 ℃ 的物体既可发射________也可发射_______。
③ 热效应显著：红外线被物体吸收后易转化为_______，这是红外加热、测温的核心依据；
④穿透能力较_____：能穿透薄雾、烟尘等，不易被可见光常见的遮挡物完全阻碍，适合夜视、远距离检测场景。
2. 红外线的应用
基于红外热成像技术拍摄的影像
（1）热成像：红外热成像通过热红外电荷耦合器对物体进行______，能反映出物体表面的温度场。红外热成像在军事、工业、汽车辅助驾驶、医学领域都有广泛的应用。
（2）遥控与信号传输
家电遥控器(如电视、空调)利用_________作为信号载体，发送指令控制设备。用于非接触式测量体温的体温计，也是基于________实现体温检测的。
额温枪 遥控器
1.高频电磁波在医疗等领域还有很多基于其_______特性的应用，如γ射线治疗、激光医疗与焊接等。
伽马刀治疗
伽马刀治疗是利用γ 射线能量________、穿透力_______的物理特性，基于定向原则，将颅内病变组织选择性地确定为靶点，使用γ射线进行一次性大剂量聚焦照射，使病变组织坏死或功能改变而实现治疗疾病的目的。
2.激光的特性与用途
激光
(1)特性：单色性______、_______性强、亮度_____。
(2)应用
①矫正近视手术： 通过激光精确切削角膜，调整眼球屈光度；
②精密焊接、精密模具加工；
③核聚变研究。
3.X射线
伦琴射线具有很高的_______本领，在医学上用X光片判断是否骨折、做胸透、CT、磁共振、工业上金属探伤。
X光片 磁共振
4.紫外线
主要作用是化学作用，还有很强的________效应，杀菌消毒作用。
医院里病房和手术室的消毒，治疗皮肤病，硬骨病；
照明和诱杀害虫的日光灯，黑光灯。
【归纳整理】
【课堂练习】
1.下列关于卫星遥感技术确定焚烧源的分析中正确的是( )
A. 对焚烧源进行拍照，从照片上直接看到焚烧源
B. 监测焚烧源产生的烟雾，从烟雾的多少来确定焚烧源
C. 监测焚烧源的颜色，从遥感照片的颜色来确定焚烧源
D. 监测焚烧源的温度，通过捕捉高温物体发出的红外线来确定焚烧源
2．电视机换台时，实际上是在改变（ ）
A．电视台发射电磁波的频率 B．电视台发射电磁波的速度
C．电视机接收的电磁波的频率 D．电视机接收的电磁波的速度
3. 我国首家以北斗卫星导航应用为主题的博物馆及体验馆——北斗卫星导航应用博物馆坐落于北京市北斗产业创新基地，由卫星导航应用博物馆和卫星导航应用体验馆组成。我国建立的北斗卫星导航系统是利用________进行定位的。人们把通信卫星作为中继站，在地球的周围均匀地配置______颗地球静止卫星就可以实现全球卫星通信。
【课后巩固】
1. 在一次活动中，无人机群接收到地面指挥系统的指令，在空中排列成美丽的图案，如图所示。地面指挥系统向无人机群发出编队指令的 “传递使者”是（ ）。
A. 探照灯光 B. 电磁波 C. 超声波 D. 次声波
2. 关于电磁波和现代通信，下列说法中错误的是（ ）。
A. 电磁波可在真空中传播
B. 电磁波的频率越低，在空气中传播的速度越小
C. 卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信的
D. 无线电波中长波的频率低于短波的频率
3. 电磁波的传播 ________（选填“需要”或“不需要”）介质，微波炉利用 ________ 加热食品。
4. 有一款内置微型卫星导航定位芯片的专用鞋，当穿着它离开指定的区域时，鞋中的芯片便会自动发出使用者所在的位置信息。该信息被卫星接收后再发送到手机。此过程中由 ________ 波传递信息，传播速度约为 ________m/s。
1．2025年10月31日，搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10min后，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。下列说法正确的是（ ）
A．航天员相对地面是静止的
B．神舟二十一号相对运载火箭一直是静止的
C．发射站采用大流量喷水系统降温，利用了水的汽化吸热
D．飞船与空间站成功对接后，航天员可以通过超声波与地面联系
2．星期天返校前，小彤的扁桃体炎未痊愈，到星期二上午时小彤的妈妈发微信给班主任王老师，王老师利用课间时间让小彤给她妈妈回了个语音：“妈妈，我已经好了，谢谢关心。”这个微信语音是以 的形式传递到她妈妈的手机里的，妈妈通过听语音可以根据 判断出是否是她女儿说的话，而且还说明声音能传递 。
3．(1)《天工开物》是我国古代科技著作，记录了我国古代的传统手工技术。
①如图甲所示，人们晒打豆株时要尽量将豆株铺开，这是通过 方法，从而加快水分的 （填物态变化）；
②如图乙所示，对釜的铸造，有“铁化如水，以泥固针铁柄勺从嘴受注”，其中“铁化如水”描述的物态变化是 ，铁水在凝固成铁块的过程中，温度 （选填“升高”“降低”或“不变”）；
(2)太空中的神舟飞船向空间站靠近的过程中，空间站应用 （选“超声测距仪”或“激光测距仪”）测量它们之间的距离，理由是 。
4.如图是一款运动手环，手环内置一空心密闭的塑料管，管内有一小块可移动的磁铁，管外缠绕着线圈。戴着这种手环走路时磁铁在管内反复运动，线圈中便会产生电流，液晶屏上就会显示出运动的步数，这是利用了 原理。计步的数据还可通过 无线传送到手机上。某次外出运动，小明手环记下的步数是4500步，用时40分钟，按“三步两米”（即每3步走过的路程为2m）估算，小明此次运动的平均速度是 km/h。
5.阅读短文，回答问题：
1947年，第一台微波炉问世，微波炉是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波，它在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有“个性”。微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；但微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，且不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但能透过，其能量还会被吸收。
微波炉正是利用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波能穿透食物，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的内能，于是食物“煮”熟了。这就是微波炉加热的原理。
(1)微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以 从炉内逃出，以免影响人的身体健康；
(2)微波能穿透食物，并使食物中的 剧烈运动产生大量内能，“煮”熟食物；
(3)通过短文的阅读，请你猜想，微波 （选填“具有”或“不具有”）能量；
(4)通过短文的阅读，在微波炉中应选用下列哪种容器来加热饭菜（ ）
A．不锈钢盆子 B．铁盆子 C．玻璃盆子 D．铜盆子
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：1. 最长 最低 2.长 反射 更远 3.(1)振幅 频率4. 地面站5.长 6. 红外线 红外线 红外线 可见光 7. 能量 8. 更好
【合作探究】
探究点一：
答案: 1.无线电波波长最长，频率最低，被广泛用于长距离传送声音、图文等信号。无线电波的波长范围非常广，可分为多个波段。2. 长距离 地面转播站 反射3（1）振幅 振幅调制 中、高频(2) 频率 甚高频4. 无法
探究点二：
答案：1.（1）强（2）电视信号2.（1）地面站 卫星
思考讨论： 3颗地球同步卫星：它们均匀分布在地球赤道上空35786千米的同步轨道上，能覆盖除两极少量区域外的全球表面。
（2）300MHz 300GHz
探究点三：
答案: 1.（1）红光 长（2）①不可见②红外线 高 红外线 可见光③热能④强2.（1）成像（2）红外线 红外线
探究点四：
答案:1. 能量 高 强2.（1）好 方向 高3. 穿透4. 荧光
【课堂练习】
1.答案：D
解析： 由于温度不同的物体发出的红外线的强弱不同，卫星遥感是通过感知物体发出的红外线来工作的。
2.【答案】C
【详解】A．电视台发射电磁波的频率是固定的，不会因电视机换台而改变，故A错误；
BD．电磁波的速度在真空中（或同一介质中）是固定的，与换台无关，故BD错误；
C．电视机换台时，是通过改变自身接收电磁波的频率，来接收不同电视台发射的特定频率的电磁波，从而实现换台，故C正确。
故选C。
3.【答案】电磁波 3
【详解】[1]我国建立的“北斗”卫星导航系统是利用电磁波定位的；
[2]在地球的周围均匀地配置3颗地球静止卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球卫星通信。
【课后巩固】
基础练习
1.答案：B
解析：无人机群接收到地面指挥系统的指令，在空中编织出美丽的图案。无人机是通过电磁波接收到信号的，故ACD错误，B正确；
故选：B。
2.答案：B
解析：电磁波在空气中的传播速度是基本恒定的，与频率高低无关，所以B选项错误。
3.答案：不需要 微波
解析：电磁波可以在真空中传播，不需要介质；微波是电磁波的一种，既能用来传递信息（如微波通信），又因为微波能使食物中的水分子剧烈振动，从而加热食物（如微波炉）
4.答案：电磁；3×108。
解析：微型卫星导航定位芯片的专用鞋。当穿着它离开指定的区域时，，鞋中的芯片便会自动发出使用者所在的位置信息。该信息被卫星接收后再发送到手机。此过程中由电磁波传递信息，传播速度约为3×108m/s。
能力提升
1.【答案】C
【详解】A．火箭发射后，航天员随飞船一起高速飞向太空，其位置相对于地面在不断地发生变化，所以航天员相对地面是运动的，故A错误；
B．在发射升空阶段，飞船与火箭是捆绑在一起的，相对静止；发射约10min后，飞船与火箭成功分离，分离后，飞船与火箭的位置关系发生变化，它们是相对运动的，故B错误；
C．火箭发射时会产生巨大的热量，发射站采用大流量喷水系统，水遇到高温会迅速汽化，汽化吸收大量热量，从而可以有效降低发射台的温度，保护设备，故C正确；
D．声音的传播需要介质，超声波是声波的一种，不能在真空中传播，太空与地面之间存在真空层，所以航天员与地面联系需要通过可以在真空中传播的电磁波，而不是超声波，故D错误。
故选C。
2.【答案】电磁波 音色 信息
【详解】[1]微信语音属于电子信息，在现代通信中，这类信息是通过电磁波的形式在手机等设备间传递的，电磁波能够在真空中或介质中传播，实现远距离信息传输。
[2]不同人的声音具有不同的特色，这种特色称为音色，它由发声体的材料、结构等因素决定，妈妈通过听语音判断出是女儿说话，依据的就是音色的差异。
[3]声音可以传递两类内容，一是信息，二是能量，小彤通过语音向妈妈传达“我已经好了”的消息，这一过程体现了声音能传递信息。
3.【答案】(1)增大液体的表面积 汽化 熔化 不变
(2)激光测距仪 真空不能传声
【详解】（1）[1][2]影响蒸发快慢的因素：①液体的表面积；②液体温度；③液体上方空气流速。其他条件相同时液体表面积越大，蒸发越快。晾晒豆株时要尽量将豆株铺开，增大了豆株与空气接触的表面积，这样做可以增大液体的表面积，从而加快水分的汽化。
[3][4]物质由固态变为液态的过程称为熔化。“铁化如水”意思是固态铁化成液态铁，因此描述的物态变化是熔化。铁是晶体，有固定的凝固点，铁水在凝固成铁块的过程中，温度不变。
（2）[1][2]由于太空中处于真空状态，声音不能在真空中传播，而激光可以在真空中传播，要测量太空中的神舟飞船和空间站的距离，只能利用激光测距仪。
4.【答案】电磁感应 电磁波 4.5
【详解】[1]根据“运动手环”的特点可知，当塑料管运动时，磁铁在管中反复运动，线圈切割磁感线而产生电流。因此，运动手环的基本原理是电磁感应，产生电流的过程中将机械能转化为电能。
[2]电磁波具有传递信息和能在真空中传播的性质，因此计步的数据还可通过电磁波无线传送到手机上。
[3]根据题意可得，小明此次运动通过的路程为
根据可得，小明此次运动的平均速度为
5.【答案】(1)阻挡微波 (2)水分子 (3)具有 (4)C
【详解】（1）根据材料，微波遇到金属会被反射，无法穿透。因此，金属外壳的作用是阻挡微波泄漏，确保安全。
（2）材料指出微波使食物中的水分子剧烈运动产生内能。
（3）材料提到微波的能量比无线电波大，说明微波具有能量。
（4）微波无法穿透金属，但可穿过绝缘材料如玻璃。选项ABD都是金属容器，微波起不到加热作用，选项中C为玻璃盆子，符合要求，故选C。
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