2020版高中物理第四章电磁波及其应用第2讲电磁波谱学案新人教版选修1-1

2020版高中物理第四章电磁波及其应用第2讲电磁波谱学案新人教版选修1-1

第2讲　电磁波谱 ‎[目标定位]　1.掌握波长、频率和波速的关系.知道电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c＝3.00×‎108 m/s.2.知道电磁波谱由无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线组成，能够知道各自的特点与重要应用.3.了解电磁波具有能量.了解太阳辐射大部分能量集中的波长范围.4.了解寻找地外文明的主要历史和当前的进展，激发学生探索地外未知生命的热情，增加求知欲.‎ 一、波长、频率和波速 ‎1.概念 ‎(1)在一列水波中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷.邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫做波长.‎ ‎(2)在1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少.‎ ‎(3)用来描述波传播快慢的物理量叫做波速.‎ ‎2.波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝波长×频率，‎ 电磁波的波速c与λ、f的关系是c＝λf.‎ ‎3.电磁波在真空中的速度c＝3.0×108__m/s.‎ 想一想　电磁波在任何介质中的传播速度都等于光速吗？‎ 答案　不是.电磁波在真空中的速度最大，而在介质中速度都会减小，我们认为电磁波在空气中的传播速度近似等于光速.‎ 二、电磁波谱 ‎1.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.‎ ‎2.不同波长电磁波的特性 ‎(1)无线电波 波长大于‎1 mm(频率小于300 000 MHz)的电磁波是无线电波.无线电波用于通信和广播.‎ ‎(2)红外线 ‎①红外线是一种光波，它的波长比无线电波的波长短，比可见光长，‎ ‎②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. 我们看不见红外线.‎ 8‎ ‎③利用红外线遥感可以在飞机或人造卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮.‎ ‎3.可见光 可见光的波长在700～400 nm之间.‎ ‎4.紫外线 波长范围在5 ～400 nm的电磁波是紫外线.可以利用紫外线灭菌消毒.人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康.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.‎ ‎5.X射线和γ射线 波长比紫外线更短的电磁波就是X射线和γ射线.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.X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官.‎ 波长最短的电磁波是γ射线，它具有更高的能量.在医学上可以治疗某些癌症、探测金属部件内部的缺陷.‎ 想一想　除了课本上提到的各种电磁波的应用，你还知道电磁波的哪些应用？‎ 答案　在现代战争中，很多武器的自动瞄准系统都有红外线探测装置，即使是人隐蔽在半边开放的掩体中，也能够被红外线探测装置发现；一些控制导弹飞行的系统中，也常常利用红外线进行制导；许多动物具有发达的红外线感受器官.‎ 三、电磁波的能量 ‎1.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加剧了热运动，内能增加，温度升高.‎ ‎2.电磁波具有能量，电磁波是一种物质.‎ 四、太阳辐射 ‎1.太阳辐射中含有可见光、红外线、紫外线，同时还有X射线、γ射线、无线电波.‎ ‎2.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.我们的眼睛正好能感受这个区域的电磁辐射.‎ 一、波长、频率和波速的关系 ‎1.电磁波在真空中的速度为光速，c＝3×‎108 m/s.‎ ‎2.电磁波的波长(λ)、波速(c)及频率(f)的关系.‎ 8‎ ‎(1)c＝λf.‎ ‎(2)真空中，电磁波的频率越大，波长越短.‎ ‎3.由周期和频率的关系f＝可知c＝.‎ ‎4.影响波速的因素 电磁波与机械波不同，它的传播速度与介质和频率有关，而机械波的速度只与介质有关.‎ 例1　电磁波在空中的传播速度为v.北方交通广播电台的频率为f，该电台所发射电磁波的波长为(　　)‎ A. B. C. D.vf 答案　A 解析　由公式v＝λf，可得波长λ＝，选项A正确.‎ 针对训练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.‎ 答案　能　赫兹　3.0‎ 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.‎ 二、电磁波谱及其应用 ‎　　名称 特性　‎ 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 主要 作用 通信、‎ 广播 热作用 视觉 作用 化学 作用 穿透 作用 贯穿 作用 真空中 的速度 都是c＝3.00×‎108 m/s 频　率 小→大 波长 大→小 例2　如图4－2－1所示，医院常用X光机检查人的身体.X光机利用了X射线的(　　)‎ 8‎ 图4－2－1‎ A.荧光效应 B.灭菌消毒作用 C.强穿透能力 D.显著热效应 答案　C 解析　X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官，选项C正确.‎ 针对训练2　 关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是(　　)‎ A.把电场和磁场组合在一起就是电磁场 B.无线电波、可见光、X射线都是电磁波 C.电磁波频率越高，传播速度越大 D.麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在 答案　B 解析　电磁场是变化的电场和变化的磁场相互联系着的，形成的不可分割的统一体，不是简单的组合在一起，选项A错误；根据电磁波谱可知选项B正确；电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率无关，选项C错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次通过实验验证了电磁波的存在，选项D错误.‎ 波长、频率和波速的关系 ‎1.一列电磁波从水进入空气的过程中，一定保持不变的物理量是(　　)‎ A.频率 B.波长 C.振幅 D.波速 答案　A 解析　频率由波本身决定，与介质、波速无关，选项A正确；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，由公式v＝λf，可得波长λ＝变小，选项B、D错误；电磁波在传播过程中，随着距离的增加，能量逐渐减弱，所以振幅逐渐减小，选项C错误.‎ 8‎ ‎2.家用微波炉中使用的微波频率为2 450 MHz，它的波长是多少？某广播电台发射的电磁波的波长是‎500 m，它的频率是多少？‎ 答案　‎0.122 m　6×105 Hz 解析　微波炉的微波频率是2 450 MHz，‎ 即f＝2 450×106 Hz，‎ 由c＝λf得λ＝＝ m≈‎0.122 m.‎ f′＝＝ Hz＝6×105 Hz.‎ 电磁波谱及其应用 ‎3.关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　)‎ A.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 B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 C.紫外线比紫光的频率低 D.在电磁波谱中，穿透能力最强的是X射线 答案　AB 解析　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，选项A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，选项B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线的频率应比紫光高，在电磁波谱中γ射线的穿透能力最强，故选项C、D错误.‎ ‎4.如图4－2－2所示，是医生用计算辅助某种射线断层摄影(简称“CT”)检查身体的情景，这种能穿透身体的射线是(　　 )‎ 图4－2－2‎ A.红外线 B.可见光 ‎ C.紫外线 D.X射线 答案　D 8‎ 解析　X射线能穿透物质，可以用来检查人体内部器官.“CT”就是利用X射线的穿透能力强的特点.‎ 题组一、电磁波谱及其应用 ‎1.下列各组电磁波，按波长由长到短的正确排列是(　　)‎ A.γ射线、红外线、紫外线、可见光 B.红外线、可见光、紫外线、γ射线 C.可见光、红外线、紫外线、γ射线 D.紫外线、可见光、红外线、γ射线 答案　B 解析　在电磁波谱中，电磁波的波长从长到短排列顺序依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，由此可判定选项B正确.‎ ‎2.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 答案　CD 解析　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.关于红外线，下列说法正确的是(　　)‎ A.红外烤箱中的红光就是红外线 B.红外线比可见光的波长长 C.高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线 D.红外线比可见光更容易引起固体物质分子共振 答案　BD 解析　‎ 8‎ 红外线是看不见的，所以烤箱中的红光不是红外线；红外线比可见光的波长长；一切物体，包括高温物体和低温物体都辐射红外线，只是物体温度越高，它辐射的红外线就越强；红外线的频率比可见光更接近固体物质分子的频率，也就更容易使分子发生共振，因而红外线热作用显著.‎ ‎4.关于紫外线，下列说法中正确的是(　　)‎ A.紫外线能够灭菌消毒 B.紫外线是紫色的 C.紫外线能够用来透视人体器官 D.紫外线的波长比可见光长 答案　A 解析　紫外线具有灭菌消毒作用，A对；紫外线是不可见光，它的波长比可见光短，穿透能力比X射线弱，不能用于人体器官透视，故B、C、D错.‎ ‎5.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(　　)‎ A.可见光波段 B.红外波段 C.紫外波段 D.X射线波段 答案　B 解析　一切物体在任何情况下都放射红外线，但不能随意放射可见光、紫外线和X射线，故这种遥感照相机敏感的电磁波属于红外波段.B正确.‎ ‎6.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 答案　B 解析　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频率和医院“CT”中的X射线频率不同，故它们的波长也不相同，则D项错误.‎ ‎7.关于电磁波，下列说法中正确的是(　　)‎ A.电磁波与机械波一样均不能在真空中传播 B.电磁波的传播实际上也伴随着电磁能的传播 C.微波炉中的微波是一种高频率的电磁波，本身没有能量，但能产生热量 D.微波炉中的微波是一种低频率的电磁波，本身具有能量，但不能产生热量 8‎ 答案　B 解析　电磁波能在真空中传播，传播过程中也伴随着电磁能的传播，A错，B对；微波炉中的微波是一种高频率的电磁波，本身具有能量，能产生热量，故C、D错误.‎ 题组二、波长、频率和波速的关系 ‎8.关于光波和无线电波，下列说法不正确的是(　　)‎ A.都是电磁波 B.都可以在真空中传播 C.在真空中的传播速度都是3×‎108 m/s D.二者的波长、频率均相同 答案　D 解析　光波和无线电波本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是3×‎108 m/s，所以A、B、C对；光波和无线电波波长、频率不同，所以D错.‎ ‎9.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 答案　B 解析　电磁波的波长λ、波速v和频率f与机械波一样满足v＝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，A错，B对.‎ ‎10. 波长为‎50 m～‎100 m的无线电波适宜通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1 ‎500 km的远处至少需要多长时间？‎ 答案　3×106 Hz～6×106 Hz　5×10－3 s 解析　由c＝λf得，f1＝＝ Hz＝6×106 Hz，‎ f2＝＝ Hz＝3×106 Hz，‎ 所以频率范围为3×106 Hz～6×106 Hz 由x＝ct可得t＝＝s＝5×10－3s 8‎