4 电磁波与信息化社会
5 电磁波谱
[学习目标] 1.了解电磁波在电视、雷达和移动电话中的应用.2.能说出电磁波谱的组成，知道光是电磁波．(重点)3.能说出电磁波谱各波段的特性和主要用途．(难点)
一、电磁波与信息化社会
1．电磁波与信息的传递
可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输．电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大．
2．电磁波的应用实例
(1)电视广播的发射和接收过程
摄像管：摄取景物的图像并将其转换为电信号
?
?
天线接收高频信号，调谐，解调
?
(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，可以确定障碍物的位置．
(3)移动电话、因特网也是利用电磁波来传输信息的．
二、电磁波谱
1．概念
按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱．
2．电磁波谱的排列
按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
3．不同电磁波的特点及应用
特点
用途
无线电波
波动性强
通讯、广播、导航
红外线
热作用强
加热、遥测、遥感、红外线制导
可见光
感光性强
照明、照相等
紫外线
化学作用荧光效应
杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线
穿透力强
检查、探测、透视、治疗
γ射线
穿透力最强
探测、治疗
4．电磁波的能量
各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质．
5．太阳辐射的特点
太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，在眼睛最敏感的黄绿光附近，辐射的能量最强．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)高频电磁波是信息传送的载体． (√)
(2)雷达是利用微波定位的． (√)
(3)电视机是一种发射电磁波的装置． (×)
(4)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． (√)
(5)γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高． (√)
2．(单选)对于雷达指示器的荧光屏上出现的尖形波如图所示，下列说法正确的是( )
①两个尖形波都是雷达向目标发射的无线电波形成的
②两个尖形波都是雷达收到反射回来的无线电波形成的
③第一个尖形波是雷达向目标发射的无线电波形成的
④第二个尖形波是雷达收到反射回来的无线电波形成的
A．①② B．②③ C．③④ D．①
C [第一个尖形波振幅大能量大，是发射的无线电波形成的，第二个尖形波振幅小，能量小，是反射回来的无线电波形成的．]
3．(单选)电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是( )
A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线
A [电磁波的频率由小到大的顺序依次是无线电波、红外线、紫外线和γ射线，这也是波长由长到短的顺序．故A正确．]
电磁波与信息化社会
1．雷达的原理与构造
雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，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．
2．雷达的优点
雷达利用的电磁波在微波波段，因为波长越短，传播的直线性越好，方向性越好，反射性越强．雷达每隔万分之—秒向某一方向发射一次时间约为百万分之一秒的不连续的微波，微波遇到障碍物反射回来，这样可在显示器的荧光屏上呈现发射和接收的两个尖形波，通过计算可得到障碍物到雷达站的距离，再根据发射微波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置了．
3．使雷达测到更远处的物体的方法
(1)增大雷达发射微波的能量．
(2)使雷达发射不连续的微波的时间间隔增大．
【例1】 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，每次发射时间为10－6 s，相邻两次发射时间间隔为t.当雷达向汽车发射无线电波时，在显示屏上呈现一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在显示屏上呈现第二个尖波形．根据两个波形的距离，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)，可求出车速．请根据t1、t2、t、c求出汽车车速的表达式．
[解析] 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，则汽车车速v＝＝＝.
[答案] v＝
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．
1．一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是________．
[解析] 由题图知两波形相差3×10－3 s，即敌机与雷达站距离为s＝vt＝3×108××3×10－3m＝4.5×105 m.
[答案] 4.5×105 m
电磁波谱
1．电磁波的共性
(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．
2．电磁波的个性
(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
无线电波
振荡电路中电子周期性运动产生
红外线、可见光和紫外线
原子的外层电子受激发后产生
X射线
原子的内层电子受激发后产生
γ射线
原子核受激发后产生
(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射线检查金属部件的缺陷等．
【例2】 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种现象的医疗器械后面的空格上．
(1)X光机，________.
(2)紫外线灯，________.
(3)用理疗“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射线的很强的贯穿力
E．红外线具有显著的热效应
F．红外线波长较长，易发生衍射
[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力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，选择D.(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，因此选择C.(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，因此选择E.
[答案] (1)D (2)C (3)E
X射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力最强，X射线能穿透人体，通常用作人体透视，而γ射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以用于探测金属内部的缺陷．
2．无线电波的中波波长范围为200～3 000 m．求该波段的频率范围．
[解析] 根据频率公式f＝得f1＝＝3× Hz＝1.5×106 Hz，f2＝＝ Hz＝1.0×105 Hz，即该波段的频率范围为1.0×105～1.5×106 Hz.
[答案] 1.0×105～1.5×106 Hz
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.按电磁波的波长由大到小的排列顺序.
2.无线电波的特点是具有波动性，可用于通讯、广播．红外线具有较强热效应，可用于遥感加热等．可见光具有较强的感光性．可用于照明、照相等．紫外线具有化学作用和荧光作用，可用于日光灯、杀菌等，X射线和γ射线具有较强穿透能力，可用于检查、探测、治疗等.
课件35张PPT。第十四章 电磁波4 电磁波与信息化社会
5 电磁波谱越高 电信号 解调 因特网 波长 频率 无线电波 可见光 能量 红外线 紫外线 黄绿 √
√
×
√
√电磁波与信息化社会电磁波谱 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十九)
(限时40分钟)
[基础达标练]
1．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．声音是机械波
B．声音是电磁波
C．光是电磁波
D．光是机械波
E．声音和光都能发生干涉和衍射现象
ACE [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．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还短
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
E．雷达的使用与黑夜和白天无关
ACE [雷达一般采用直线性好、反射性强的微波，不是连续发射无线电波，每次发射的时间及两次发射的时间间隔都有一定要求，障碍物的距离等情况都由显示屏显示出来．]
3．关于红外线的作用与来源，下列说法正确的是( )
A．一切物体都在不停地辐射红外线
B．红外线具有很强的热作用
C．红外线具有很强的荧光作用
D．红外线的显著作用是化学作用
E．红外线容易穿透云雾
ABE [荧光作用和化学作用都是紫外线的重要特性，红外线波长比可见光长，绕过障碍物能力强，易穿透云雾．]
4.如图所示为收音机接收电磁波的电路，由线圈L1与可变电容器C1组成，它相当于一个LC振荡电路，当各个无线电台发射的电磁波都通过磁棒后，会在L1中不同程度地产生感应电流(振荡电流)，当可变电容调至某一值(选台)使其振荡频率恰好与武汉人民广播电台发射频率相同时，仅可接收该台广播节目．若要改为接收中央人民广播电台(高于武汉台频率)的节目，可采取的措施是( )
A．增加电容器电容C
B．减小电容器电容C
C．减少磁棒上线圈匝数
D．将磁棒从线圈中抽出部分
E．增加磁棒上线圈匝数
BCD [当收音机调谐电路的频率等于要接收的电磁波的频率时才发生电谐振，即接收到该台．要使接收的电台电磁波频率升高，由f＝知，当L和C减小时，频率f增大，故BCD正确．]
5．电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是无线电波、________、________、________.
[解析] 在电磁波家族中，按波长由长到短分别为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等．
[答案] 见解析
6．一种电磁波入射到半径为1 m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱中的________．
[解析] 波能发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小．如图所示，电磁波中的无线电波波长范围是104～10－3 m，红外线波长范围是10－3～10－7 m，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．
[答案] 无线电波
7．间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用目标，这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，甚至车已经离开，也瞒不过它，这种遥感照相机敏感的电磁波属于________波程．
[解析] 任何物体都向外辐射红外线，温度越高，辐射的红外线越强，遥感照相机是利用红外线拍摄的．
[答案] 红外
8．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？
[解析] 雷达向东方发射电磁波时，没有反射回来的信号，向西方发射时，有反射回来的信号，所以目标在西方．
目标到雷达的距离d＝＝ m＝300 km.
[答案] 西方 300 km
[能力提升练]
9．雷达是应用电磁波来工作的，它发射的电磁波频率多在300 MHz至1 000 MHz的范围内，已知真空中光速c＝3×108 m/s，下列说法中正确的是( )
A．电磁波可由恒定不变的电场和磁场产生
B．电磁波可由周期性变化的电场和磁场产生
C．雷达发射的电磁波在真空中的波长范围多在0.3 m至1 m之间
D．雷达与目标之间的距离可由电磁波从发射到接收的时间间隔确定
E．雷达工作时在连续不断地发射电磁波
BCD [恒定的电场不能产生磁场，A错误；周期性变化的电场可以产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场也可以产生周期性变化的电场，这样的电场和磁场形成的统一体就是电磁场，B正确；雷达发射的电磁波频率多在300 MHz至1 000 MHz的范围内．因此，它在真空中的波长可由λ＝求得，则其波长范围为0.3 m至1 m，C正确；雷达与目标之间的距离可由电磁波从发射到接收的时间间隔确定，等于，D正确；雷达工作时是按一定的时间间隔向外发射无线电脉冲，E错误．]
10．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，则该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的________效应．
[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．
[答案] 荧光
11．雷达测距防撞控制系统(Distronic，简称DTR)是利用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备，某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方匀速飞来，已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1.0×10－4 s，某时刻雷达显示屏上显示的波形如图甲所示，A脉冲为发射波，B脉冲为目标反射波，经t＝170 s后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示，则该飞机的飞行速度约为多少？
[解析] 由图示信息知，比较远时，脉冲波显示的距离为s＝＝ m＝6×104 m
当飞机到达雷达正上方后，距离为
s′＝＝ m＝3×104 m
由于开始时飞机在斜上方，后来飞机到达正上方，所以飞机的速度为
v＝ m/s≈306 m/s.
[答案] 306 m/s
12.如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＝1.6×10－19 C)
[解析] (1)由动能定理，得：
mv2＝eU，
则v＝＝ m/s＝1.0×108 m/s；
(2)n＝＝＝6.25×1016(个)．
[答案] (1)1.0×108 m/s (2)6.25×1016个
