第十四章 第四、五节
沙场点兵·名校真题·实效检测
1．(2020·荆门市龙泉中学高二下学期检测)如图所示的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，则由此可判定( C )
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
解析：地面呈现的圆形黑影，说明该溶液对可见光是不透明的；温度计示数明显上升，由于红外线有显著的热作用，所以说明含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的，故选项C正确，ABD错误。
2．(2020·山东省潍坊七中高二下学期检测)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10
m范围内，则对该无线电波的判断正确的是( C )
A．米波的频率比厘米波频率高
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
解析：从名称上可判断，米波的波长大于厘米波的波长，由波长与频率、波速关系式λ＝c/f可知，米波的频率小于厘米波的频率，选项A错误；无线电波是电磁波，可以在真空中传播，选项B错误；无线电波同光波一样会发生反射现象，可以产生干涉和衍射现象，选项C正确，D错误。
3．(2020·福建省厦门市高三下学期3月线上质检1)在抗击新冠肺炎疫情的战斗中，中国移动携手“学习强国”推出了武汉实景24小时直播，通过5G超高清技术向广大用户进行九路信号同时直播武汉城市实况，全方位展现镜头之下的武汉风光，共启武汉“复苏”。5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传输速率。5G信号一般采用3.3×109－6×109
Hz频段的无线电波，而现行第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109～2.64×109
Hz，则( BC )
A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快
B．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
C．空间中的5G信号和4G信号不会产生干涉现象
D．5G信号是横波，4G信号是纵波
解析：任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，故A错误；5G信号的频率更高，波长更短，故相比4G信号不易发生衍射现象，则5G通信需要搭建更密集的基站，故B正确；5G信号和4G信号的频率不同，则它们相遇不能产生稳定的干涉现象，故C正确；电磁波均为横波，故5G信号和4G信号都是横波，故D错误。(共45张PPT)
物 理
选修3-4
·
人教版
新课标导学
第十四章
电磁波
第四节 电磁波与信息化社会
第五节 电
磁
波
谱
【素养目标定位】
※
了解电磁波与信息的传递
※
知道电磁波谱及组成部分
※
知道无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的特点及作用
【素养思维脉络】
1
课前预习反馈
2
课内互动探究
3
核心素养提升
4
课内随堂达标
5
课时强化作业
课前预习反馈
电磁波的传输
信息可以通过电缆、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
知识点
1
越大
知识点
2
电信号
解调
相同
2．雷达
(1)雷达的作用：是利用无线电波来测定____________的无线电设备。
(2)雷达用的无线电波的波段属于________。
(3)雷达确定障碍物位置的方法：通过测定微波从发射到反射回来的________来确定目标的距离，并结合微波的______________来确定目标的位置。
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．因特网
是世界上最大的________________，可以在网上看电影，聊天，购物，查阅各种资料，进行远程教育，远程医疗，也可进行网上会议。
物体位置
微波
时间
方向和仰角
自由移动
计算机互联网
电磁波谱
1．概念
按电磁波的________或________大小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。
波长
知识点
3
频率
红外线
可见光
紫外线
X射线
不同电磁波的特性和用途
1．无线电波
频率小于_______________的电磁波用于通信和广播，射电望远镜等。
2．红外线
一切物体__________红外线。主要用途是：烘干、红外遥感、测温、夜视仪等。
3．可见光
波长在_____________到400
mm之间，进入人眼能引起人的
________。太阳辐射的能量绝大部分以可见光的形式向外辐射，是地球万物的能源。
300
GHz
知识点
4
都发射
700
nm
视觉
4．紫外线
比可见光波长________的电磁波，波长范围在5
nm到_____________之间。主要用途是：①消毒；②化学作用；③荧光效应；④促使人体合成维生素D。
5．X射线
具有________的穿透能力。用途：透视人体、检查金属部件的质量等。
6．γ射线
是波长________的电磁波，具有很高的能量，穿透能力________。主要用途：①医学上的γ刀技术；②由于能穿透几厘米厚的铅板而用于探测金属内部的缺陷等。
更短
370
nm
较强
最短
更强
电磁波传递能量
从场的观点来看电场具有电能，磁场具有磁能，电磁场具有__________。电磁波的发射过程就是辐射________的过程。电磁波在空间传播，__________就随着一起传播。
电磁能
知识点
5
能量
电磁能
太阳辐射
太阳光中含有可见光、无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线。太阳辐射的能量主要集中在__________、__________和__________三个区域，如图所示。
可见光
知识点
6
红外线
紫外线
『判一判』
(1)雷达在能见度低的黑夜将无法使用
( )
(2)每一部移动电话都是一个无线电台，同时又相当于一台收音机
( )
(3)因特网是世界上最大的计算机互联网
( )
(4)红外线、X射线、β射线和γ射线都属于电磁波。
( )
(5)人体每时每刻都在发射红外线。
( )
(6)用金属或瓷器盛食物在微波炉中加热效果相同。
( )
×
×
×
×
×
×
辨析思考
『选一选』
关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是
( )
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．过强的紫外线照射能促进维生素D的合成从而有利于人体皮肤健康
C．电磁波中频率最大的是γ射线，最容易用它来观察衍射现象
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析：X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，但红外线穿透能力很弱，选项A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；电磁波中频率最大的是γ射线，波长最短，最不容易发生衍射现象，选项C错误。
D
答案：由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以如果飞机上的乘客使用了手机，对飞机产生电磁干扰，那么后果将十分可怕。所以，在飞机上不要使用手机和手提电脑。
课内互动探究
电磁波与信息化社会
人类历史经历了农业社会、工业社会，现正在步入信息社会。在信息社会，信息作为一种重要的资源和财富，影响着人们的生活，加速了社会的运转。根据你的了解和理解，你认为信息化社会有哪些特征？
探究
一
思考讨论
1
提示：信息化社会具有“四化”——智能化、电子化、全球化、非群体化，而且还有“四性”——综合性、竞争性、渗透性、开放性。
归纳总结
2．了解雷达
(1)雷达的原理
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。
(多选)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
解题指导：因为观看电视的直觉告诉我们电视画面是连续的，从而得出错误结论。实际上画面看起来连续是因为更换迅速和视觉暂留效应。
ABC
典例
1
典题例析
解析：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1
s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，最后还原为景物图象，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象，所以A、B、C正确。
1．如图所示是中国制造的具有“隐身能力”和强大攻击力的战斗机“歼20”隐形飞机的原理是：在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。根据你所学的物理知识，判断下列说法中正确的是
( )
B
对点训练
A．运用隐蔽色涂层，无论距你多近的距离，即使你拿望远镜也不能看到它
B．使用吸收雷达电磁波材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现
C．使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流
D．主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现和攻击
解析：
雷达向外发射电磁波，当电磁波遇到飞机时就要发生反射，雷达通过接收反射回来的电磁波，就可以测定飞机的位置，所以要想降低飞机的可探测性，可以使用吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现，选项B正确。
各种电磁波的共性和个性的比较
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滋波谱。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。
探究
二
思考讨论
2
电磁波谱中的各部分有没有严格的分界线？
提示：没有。
1．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。
归纳总结
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射线用于检查金属部件的缺陷等。
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些现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机______；
(2)紫外线灯______；
D
典例
2
典题例析
C
(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
E
解题指导：电磁波在生产、生活和国防科技等方面应用广泛，联系实际的试题较多，要提高自己运用知识的能力。应该留心自然中、生活中、现代技术中应用了什么物理现象和规律，这是解决这种类型题目的关键。
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。
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
对点训练
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。
核心素养提升
(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。
雷达侦察问题的解决方法
某高速公路自动测速仪装置如图1所示，雷达向汽车驶来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波形；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2所示，可求出该汽车的车速，请根据给出的t1、t2、t、c求出汽车车速表达式。
案
例
课内随堂达标
课时强化作业第十四章 第四、五节
请同学们认真完成练案[20]
(时间：30分钟 总分：50分)
基础夯实
一、选择题(单选题)
1．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 )
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
解析：在电磁波谱中，无线电波波长最长，γ射线波长最短，红外线的波长大于紫外线的波长。则A正确，B、C、D错误。
2．雷达在搜寻目标时，接收到回波所用时间为1.2×10－4
s，则此目标距雷达( C )
A．36
km
B．72
km
C．18
km
D．9
km
解析：s＝c·t＝3×105××1.2×10－4
km＝18
km，故C正确。
3．间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离开也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于( B )
A．可见光波段
B．红外波段
C．紫外波段
D．X射线波段
解析：任何物体都在向外辐射红外线，温度越高辐射越强，导弹发射、汽车行驶时发动机温度很高，会辐射出强烈的红外线。车队离开后，空气中的热还没有马上散发掉，遥感照相机还能探测到车队刚刚走过的轨迹。
4．(2020·河北省冀州中学高二下学期期中)据科学家预测，太阳风暴的破坏力远超过“卡特里娜”飓风。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( C )
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：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。
5．(2020·辽宁省阜新市实验中学高二下学期月考)下列关于机械波和电磁波的说法中正确的是( A )
A．电磁波与机械波都可以发生干涉和衍射
B．雷达是用X光来测定物体位置的设备
C．将声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程叫做调制
D．机械波在介质中传播一个周期的时间内，波上的质点沿波的传播方向平移一个波长
解析：干涉和衍射现象是波所特有的现象，所以机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象，故A正确；雷达是用无线电波来测定物体位置的设备，故B错误；把声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程叫解调，故C错误；在介质中传播一个周期的时间内，波上的振动形式沿波的传播方向平移一个波长，质点不随着波迁移，故D错误。
6．蝙蝠视觉比较差，但是夜间出来飞行和觅食都能正确找出方位和捕捉到目标。
(1)其中的原因应是( D )
A．自身可以发射电磁波，并能接收回波
B．紫外线提高了它的视觉
C．有灵敏地感知热辐射的能力
D．自身有发射和接收超声波的器官
(2)蝙蝠的定位系统只有几分之一克，与雷达相比( B )
A．蝙蝠属于鸟类，所以定位精确
B．定位精确度高，抗干扰能力强
C．由于质量小，定位精确度低
D．由于质量小，抗干扰能力低
解析：(1)蝙蝠在飞行时能够发出超声波，超声波碰到蛾子、蚊子等昆虫或其它的障碍物反射回来，蝙蝠根据反射回来的超声波就可以对前方的物体做出判断，所以D正确。
(2)蝙蝠在夜里是这样飞行的：它一边飞，一边从嘴里发出一种声音，这种声音叫做超声波，超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物就反射回来，传到蝙蝠的耳朵里，蝙蝠就立刻改变飞行的方向，所以蝙蝠的定位精确度高，抗干扰能力强，B正确。
二、非选择题
7．(1)红外体温计不与人体接触就能测体温，为什么？
(2)一切物体都在不停地辐射红外线，为什么在冰窖中我们会感到很冷？
(3)红外遥感有哪些方面的应用？
答案：见解析
解析：(1)一切物体都在不停地辐射红外线，且温度越高，辐射的红外线越强，人体当然也是这样，这就是红外体温计的原理。因此红外体温计不与人体接触就可测体温。
(2)在冰窑中四周为冰，温度较低，它向外辐射红外线的本领比人体弱，人体同样时间内向外辐射的红外线比接收的冰辐射的红外线还要多，因此会感觉越来越冷。
(3)红外遥感技术有着广泛的应用。如在飞机或卫星上用之勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮等。红外遥感在军事上也十分重要。
能力提升
一、选择题(单选题)
1．(2020·浙江省温州中学高二下学期期中)关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( B )
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
解析：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。
2．下面关于电视的说法中错误的是( B )
A．电视信号的发射、接收过程：景物→电信号→电磁波→电信号→图象
B．摄像机在一秒钟内要传递24张画面
C．显像管是将电信号还原成景物图象的关键部分
D．由于画面更换迅速和视觉暂留现象使人们看到的是活动的景象
解析：电视信号的发射和接收过程中，信号在不断发生变化，在这个变化中关键是显像管的作用，视觉暂留使我们看到物体在动，摄像机1
s内传送25张画面，故B错，A、C、D对。
3．(2020·北京师大附中高二下学期期中)关于各种电磁波的性质比较，下列说法中正确的有( C )
A．由于红外线的波长比可见光长，所以比可见光更难发生干涉、衍射
B．由于γ射线的波长太短了，所以根本无法发生干涉、衍射
C．无论哪一种电磁波，在真空中的传播速度都相同
D．γ射线的穿透能力最强，所以最适于用来透视人体，检查骨骼和其它病变情况
解析：波长越长，越容易发生干涉、衍射，故A错误；干涉、衍射是波特有的现象，故B错误；电磁波在真空中的传播速度等于光速，C正确；X射线用来透视人体，检查骨骼等，D错误。
4．80年代初，科学家发明了硅太阳能电池，如果在太空设立太阳能卫星电站，可24小时发电，且不受昼夜气候的影响。利用微波——电能转换装置，将电能转换成微波向地面发送，卫星电站的最佳位置在离地1
100
km的赤道上空，微波定向性很好，飞机通过微波区不会发生意外，但微波对飞鸟是致命的。可在地面站附近装上保护网或驱逐音响，不让飞鸟通过。预计在21世纪初地球上空将建起卫星电站。(地球半径R＝6
400
km)
(1)太阳能电池将实现哪种转换( C )
A．光能——微波
B．光能——热能
C．光能——电能
D．电能——微波
(2)在1
100
km高空的电站卫星的速度约为( B )
A．3.1
km/s
B．7.2
km/s
C．7.9
km/s
D．11.2
km/s
(3)微波指( C )
A．超声波
B．次声波
C．电磁波
D．机械波
(4)飞机外壳对微波的哪种作用，使飞机安全无恙( A )
A．反射
B．折射
C．衍射
D．干涉
(5)微波对飞鸟是致命的，这是因为微波的( D )
A．电离作用
B．穿透作用
C．生物电作用
D．产生强涡流
解析：(1)太阳能电池是把光能转化为电能的装置；
(2)据v＝，第一宇宙速度v1＝7.9
km/s，设卫星电站速度为v2，则
v2＝v1＝7.9＝7.2
km/s
(3)运用电磁波谱知识可知，微波是电磁波的一部分。
(4)微波波长较短，易于反射。
(5)微波的频率很高，这样的电磁波在生物体内可引起涡流，由于卫星电站功率很大，相应地涡流产生的能量很大，足以将鸟热死。
二、非选择题
5．如图所示，王亚平进行“太空授课”时，与地面同学通过同
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？如果地面上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6.0×1024
kg，地球半径为6.4×106
m，引力常量为6.67×10－11
N·m2·kg－2)
解析：王亚平与同学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＝3.6×107
m，则一方讲话另一方听到所需的最少时间是t＝＝0.24
s。
答案：电磁波传递信息也是需要时间的；0.24
s
