二、电磁波谱
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.掌握波长、频率和波速的关系．(重点)
2．知道电磁波在真空中的传播速度等于光速．(重点)
3．掌握电磁波谱的组成．(重点)
4．知道电磁波谱各波段的特点及应用．(难点)
一、波长、频率和波速
1．概念
(1)在波的传播中，凸起的最高处，叫做波峰．凹下的最低处叫做波谷．相邻的两个波峰(或波谷)的距离叫波长．
(2)在一秒内所通过波峰或波谷的次数叫波的频率.
(3)波的传播快慢用波速来表示．
2．波长、频率和波速的关系
波长、频率和波速三者的关系是：波速＝波长×频率．
3．若电磁波的波长、频率、波速分别为λ、f、c，则c＝λ f．电磁波在真空中传播的速度为c，其值为3.0×108 m/s．
二、电磁波谱
1．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，叫做电磁波谱．不同的电磁波由于具有不同的频率(或波长)，才具有不同的特性．
(2)无线电波：波长大于1 mm的电磁波：用于通信和广播．
(3)红外线：红外线是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长，所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强．
(4)可见光：不同颜色的光是波长(或频率)范围不同的电磁波．傍晚的太阳颜色发红，是因为傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时，蓝光、紫光大部分被散射掉了，剩下的红光、橙光透过大气层射入我们的眼睛．
(5)紫外线：人眼看不到比紫光波长更短的电磁波，紫外线有较高的能量，因此可用来灭菌消毒，在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光．
(6)X射线和γ射线：比紫外线更短的电磁波
X射线具有穿透作用，可以用于人体透视，也可以检查金属部件内部有无缺陷．
γ射线具有更强的穿透作用，可以在医学上用来治疗癌症，也可以检查金属部件的缺陷．
2．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式．
微波炉的工作应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下剧烈运动，内能增加，温度升高．
3．太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内，波长在黄绿光附近，辐射的能量最强．
1．思考判断
(1)波在传播过程中，频率不变． (√)
(2)电磁波在真空中的速度最大，其值为3.0×108 m/s. (√)
(3)电磁波的速度一定是3.0×108 m/s. (×)
(4)红外线的波长大于紫外线的波长． (√)
(5)紫外线可以用来灭菌消毒． (√)
(6)验钞机发出的是红外线． (×)
2．电磁波在真空中传播的速度v是3.00×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个台发射的电磁波的波长λ为( )
A．2.70 m B．270 m
C．3.00 m D．3.33 m
D [根据λ＝得，λ＝ m≈3.33 m．]
3．我国进行第三次大熊猫普查时，首次使用了全球卫星定位系统和RS卫星红外遥感技术，详细调查了珍稀动物大熊猫的种群、数量、栖息地周边情况等，红外遥感利用了红外线的( )
A．热效应 B．相干性
C．反射性能好 D．波长较长，易衍射
D [红外线的波长较长，衍射现象明显，容易穿透云雾、烟尘，因此被广泛应用于红外遥感和红外高空摄影，故选项D对．]
4．如图所示的球形容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太阳光的照射下，地面呈现的是圆形黑影，在黑影中放一支温度计，可发现温度计显示的温度明显上升，则由此可断定( )
A．含碘的二硫化碳溶液对于可见光是透明的
B．含碘的二硫化碳溶液对于紫外线是不透明的
C．含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的
D．含碘的二硫化碳溶液对于红外线是不透明的
C [地面呈现的是圆形黑影，说明可见光不能穿透；在黑影中放一支温度计，发现温度计显示的温度明显上升，说明红外线能够穿透．]
对波长、波速、频率的理解
1.描述波的物理量
波长(λ)、频率(f)、波速(v)．
2．波长、频率与波速之间的关系
波速＝波长×频率，即v＝λf.
(1)频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关．所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小．
(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同．
(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c.
【例1】 波长为0.6 μm的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？它的频率是多少？
思路点拨：波速公式c＝λf，c为光速，λ为光波的波长，f为光波的频率．
[解析] 由速度公式v＝可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式c＝λf可得频率，
其中t＝＝ s≈3.33×10－8 s
由c＝λf得f＝＝ Hz＝5×1014 Hz.
[答案] 3.33×10－8 s 5×1014 Hz
1．英国物理学家麦克斯韦认为：变化的磁场________(选填“能”或“不能”)产生电场；德国物理学家________用实验成功证实了电磁波的存在；已知电磁波在真空中的传播速度为3.0×108 m/s，频率为1.0×108 Hz的电磁波，在真空中的波长为________m.
[解析] 根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的磁场能产生电场；赫兹用实验证实了电磁波的存在；由公式v＝λf，可得波长λ＝＝ m＝3.0 m.
[答案] 能 赫兹 3.0
电磁波谱的理解及应用
1．电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表．顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．它们共同构成了范围广阔的电磁波谱．
2．电磁波谱中各种波段的特征用途比较如下表：
电磁
波谱
无线
电波
红外线
可见光
紫外线
伦琴射线
γ射线
特性
波动
性强
热作用强
感光性强
化学作用
荧光效应
穿透
力大
穿透力
最强
用途
通信广播、导航
加热、遥测遥感、红外摄像、红外制导
照明、照相等
杀菌消毒、治疗皮肤病等
检查、探测、透视、治疗
探测、
治疗
产生
机理
振荡电路中自由电子的周期性运动
原子外层电子受到激发
原子内层电子受到激发
原子核
受激发
说明
振荡电路中产生
一切物体都能辐射
由七
种色光组成
一切高
温物体都能辐射
伦琴射线管中高速电子流射至阳极产生
放射性元素衰变时产生
递变
规律
―→
频率变大，衍射能力减弱
【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)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射线的很强的贯穿力
E．红外线具有显著的热作用
[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的伤害的X射线，故选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，故选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，故选E.
[答案] (1)D (2)C (3)E
2．近来军事行动中，士兵都配戴“红外夜视仪”，以便在夜间也能清楚地看清目标，这主要是因为( )
A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体
B．一切物体均不停地辐射红外线
C．一切高温物体不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出γ射线，放射性物体受到激发而发出红外线
B [一切物体都不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同．采用红外线接收器，可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，而且不受白天和夜晚的影响．故选B.]
1．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
A．电视遥控器利用的是红外线
B．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
C．利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施
D．γ射线波长比X射线波长短
ACD [由于红外线波长较长，容易发生衍射，所以电视遥控器利用了红外线，A正确；紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，所以医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，B错误；在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光，根据这个特点可以设计防伪措施，C正确；γ射线波长比X射线波长短，D正确．]
2．红外线、紫外线、无线电波、可见光、γ射线、伦琴射线按波长由大到小的排列顺序是( )
A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线
B．红外线、可见光、紫外线、无线电波、γ射线、伦琴射线
C．γ射线、伦琴射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D．紫外线、红外线、γ射线、伦琴射线、无线电波、可见光
A [在电磁波谱中以无线电波波长最大，γ射线波长最小，所以正确的顺序为A.]
3．具有NFC(近距离无线通讯技术)功能的两只手机在间距小于10 cm时可以通过________波直接传输信息，其载波频率为1.5×107 Hz，载波的传播速度为3.0×108 m/s，则该载波的波长为________ m.
[解析] 英国物理学家麦克斯韦的电磁场理论告诉我们：周期性变化的磁场能产生周期性变化的电场，从而产生电磁波．空气中电磁波的传播近似等于光速c，由波速公式c＝λf得波长λ＝＝ m＝20 m.
[答案] 电磁 20
课件41张PPT。第四章 电磁波及其应用二、电磁波谱波峰波谷波长次数波速波长×频率λf波长频率频率1 mm光波无线电波可见红外线冷物体波长蓝光、紫光紫光灭菌消毒荧光透视缺陷穿透作用癌症物质微波内能可见光紫外线黄绿光
√√×√√×对波长、波速、频率的理解 电磁波谱的理解及应用点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十九) 电磁波谱
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
1．(6分)收音机的波段刻度盘中刻有kHz、MHz字样，它们分别表示( )
A．千赫，兆赫 B．千米，兆米
C．千秒，兆秒 D．千米/秒，兆米/秒
A [因为单位赫兹的符号是Hz，表示频率，而“k”“M”为“千”“兆”由此可知选项A正确．]
2．(6分)(多选)在电磁波谱中，下列说法正确的是( )
A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
B．γ射线的频率一定大于X射线的频率
C．X射线的波长有可能等于紫外线波长
D．可见光波长一定比无线电波的短
CD [X射线和γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故C、D选项正确．]
3．(6分)电磁波从真空传入水中时，下列说法正确的是( )
A．频率不变，波速变大，波长变大
B．频率不变，波速变小，波长变小
C．波速不变，频率变小，波长变大
D．波速不变，频率变大，波长变小
B [电磁波的波长λ、波速v和频率f与机械波一样，满足c＝λf，传播过程中，频率不变，C、D两项错误．但电磁波在真空中的速度最大，而在介质中速度都会减小，故从真空传入水中时波速变小，波长变小．]
4．(6分)下列能说明电磁波具有能量的依据是( )
①可见光射入人的眼睛，人看到物体 ②放在红外线区域的温度计升温很快 ③收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振 ④γ射线具有很强的贯穿能力
A．①②④ B．①②③
C．①②③④ D．②③④
C [人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量，①对；红外线具有热作用，说明红外线具有能量，②对；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，③对；γ射线的贯穿能力强说明γ射线具有很高的能量，④对．]
5．(6分)(多选)关于紫外线的作用和特性，下列说法正确的是( )
A．一切物体都在不停地辐射紫外线
B．紫外线能杀菌消毒是因为紫外线具有较高的能量，可以穿透细胞膜
C．紫外线具有较强的穿透能力，可以穿透人的皮肤、破坏内脏器官
D．紫外线具有荧光作用
BD [一切物体都在不停地辐射红外线，A错误．紫外线具有较高的能量，能破坏细胞核中的物质，可以用来杀菌消毒，B正确．紫外线穿透能力不强，不会穿透人的皮肤破坏内脏器官，C错误．紫外线具有荧光效应，用于设计防伪，D正确．]
6．(6分)验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光，用遥控器发出的光束来控制电视机、空调等家电．对于它们发出的光，下列判断正确的是( )
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 [紫外线有很强的荧光效应，能使荧光物体发光，故验钞机发出的是紫外线；而红外线的波长比可见光长，容易绕过障碍物，衍射现象明显，可以很方便地遥控家用电器．]
7．(6分)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，应该选择下列哪一个波段( )
A．无线电波 B．紫外线
C．X射线 D．γ射线
A [由太阳温度约为6 000 K，主要发射可见光，人体温度约为310 K，主要发射红外线，可知，温度越低，物体发出的电磁波的波长越长，那么宇宙温度约为3 K，对应的“3 K背景辐射”，应该发出的是比红外线波长还要长的无线电波部分．]
8．(8分)某雷达工作时，发射电磁波的波长λ＝20 cm，每秒脉冲数n＝5 000，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs.问电磁波的振荡频率为多少？最大侦察距离是多少？
[解析] 电磁波在空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．根据雷达的荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必须在后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间隔时间内传播距离的一半．
由c＝λf，可得电磁波的振荡频率
f＝＝ Hz＝1.5×109 Hz.
电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离
x＝cΔt＝c(－t)
＝3×108× m
≈6×104 m，
所以雷达的最大侦察距离
xm＝＝30 km.
[答案] 1.5×109 Hz 30 km
[能力提升练]
9．(8分)(多选)关于电磁波的频率、波速、波长的关系，下列说法中正确的是( )
A．电磁波的频率由波源决定，与介质无关
B．电磁波的频率与波速无关
C．波由一种介质传到另一种介质时，频率变大
D．电磁波的波速等于频率和波长的乘积
ABD [电磁波的频率由产生电磁波的波源决定，与介质、波速都无关，选项A、B正确，选项C错误；由电磁波的波速、频率和波长的关系可知选项D正确．]
10．(8分)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 [无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，则A项错误；易知B项正确；太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波的传播速度不相同，则C项错误；遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长不相同，则D项错误．]
11．(8分)关于电磁波的应用，下列说法正确的是( )
A．γ射线可用于纸币防伪鉴别工作
B．紫外线用于加热和烘干
C．X射线可用于机场检查箱内的物品
D．微波可用于测量钢板厚度
C [γ射线是原子核发出的，是频率很高的电磁波，它的穿透力很强，在医院里用γ射线来杀死癌细胞，而紫外线能用于纸币防伪鉴别工作，故A错误；紫外线是波长比可见光短的电磁波，它的波长从380×10－9～10×10－9米，它有显著的化学效应和荧光效应，故B错误；X射线的频率较高，穿透力较强，医学上常用X射线进行透视检查，也可用于机场检查箱内的物品，故C正确；微波的波长较长，容易衍射，而频率较低，不能穿透，故D错误．]
12．(8分)无线电广播中某波段的波长范围为187～560 m，为了避免邻台干扰，两个相邻电台的频率至少相差104 Hz，则在此波段中，最多能容纳的电台数约( )
A．560个 B．100个
C．187个 D．20个
B [根据f＝得，f1＝≈1.6×106 Hz，f2＝≈5.36×105 Hz，则n＝≈100.故B正确，A、C、D错误．]
13．(18分)微波炉是一种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，变压器产生的高压经过整流加到磁控管的阴阳两极，产生频率为2 450 MHz的微波．微波输送到金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物内的分子高频运动而内外同时迅速受热，并能最大限度地保存食物中的维生素．
(1)试计算磁控管所产生的微波的波长；
(2)试分析微波炉的工作原理中利用了电磁波的哪些特性？
(3)微波炉产生的高频微波若发生泄露会直接伤害人的肢体．请你简述原因．
[解析] (1)波长λ＝＝ m≈0.12 m＝12 cm；
(2)利用了电磁波具有能量、电磁波能够反射及电磁波是变化的电磁场等特性；
(3)电磁波对人体内外同时发生“加热”作用，如同对食物加热一样，使人的肢体组织受到破坏．
[答案] (1)12 cm (2)(3)见解析
