2019-2020学年高中物理 第十四章 电磁波 第4节 第5节 电磁波谱课件 新人教版选修3-4

第4节电磁波与信息化社会第5节电磁波谱学习目标素养提炼1.了解电磁波在电视、雷达和移动电话中的应用．2.认识电磁波谱，知道光是电磁波．3.了解电磁波各波段的特点及在科技、经济、社会发展中的作用.物理观念：电磁波谱科学态度与责任：电磁波在科技、经济、社会发展中的作用01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、电磁波与信息化社会1．电磁波的传输：电磁波可以通过电缆、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⇓调制和发射⇓天线接收高频信号，调谐，⇓显像管：还原出与摄像管屏上相同的图像电信号解调(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．根据从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＝ct2，再根据发射无线电波的方向和________，确定障碍物的位置．(3)移动电话、________也是利用电磁波来传输信息的．仰角因特网[判断正误](1)电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大．()(2)现在大量采用光缆传递信号，是因为光传播速度更快．()(3)无线电视机天线接收到信号经放大后直接送到显像管还原为图像．()(4)雷达是通过接收障碍物发出的电磁波来确定物体位置的．()(5)甲同学与乙同学通过手机交流时，两部手机均发射信号并接收对方的信号．()√××××二、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．2．电磁波谱的排列：按波长由长到短依次为：____________、红外线、__________、紫外线、X射线、__________.波长频率无线电波可见光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________，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、__________和__________三个区域，在眼睛最敏感的________光附近，辐射的能量最强．能量红外线紫外线黄绿[思考]红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温，如图所示，你知道它的工作原理吗？提示：根据体温越高，辐射红外线越强的原理．要点一电磁波与信息化社会[探究导入]无线电视、雷达和手机都是通过电磁波传递信息的，请你从它们自身是否是发射端或接收端来看，它们有什么不同？提示：电视仅仅是接收端，它接收来自电视台的无线电信号；雷达自身发射信号，遇到障碍物反射回来，通过接收反射波来确定物体的位置，因此雷达既是发射端又是接收端．手机接收来自基站的信号，同时它又向基站发射信号，它既是接收端也是发射端．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――→调制发射天线接收高频信号――→调谐解调显像管：还原出与摄像管屏上相同的图像．2．雷达的构造、特点及应用(1)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1μs，两次发射的时间间隔约为0.1ms；④障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来．(2)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．[典例1](多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内．下列关于雷达和电磁波的说法正确的是()A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在1.5m至0.3m之间B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D．波长越短的电磁波，反射性能越强[解析]据λ＝cf知，电磁波频率在200MHz至1000MHz的范围的电磁波的波长范围在0.3m至1.5m之间，故A正确．雷达是利用电磁波的反射原理，波长越短，其反射性能越强，雷达和目标的距离s＝12c·Δt，故C、D正确；电磁波的产生是依据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，故B错误．[答案]ACD1．(多选)下列关于雷达的说法中正确的是()A．雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备B．电磁波遇到障碍物要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的C．雷达要确定较远物体的位置，使用的是长波段的无线电波D．雷达每次发射无线电波的时间约为10－6s解析：雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备；电磁波遇到障碍物要反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的；波长短的电磁波，传播的直线性好，有利于用电磁波定位，因此雷达用的是微波；雷达每次发射无线电波的时间一般不超过1μs，A、B、D正确，C错误．答案：ABD2．一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3×10－3s，即敌机与雷达站距离为s＝ct2＝3×108×12×3×10－3m＝4.5×105m.答案：4.5×105m要点二各种电磁波的比较[探究导入](1)白光经三棱镜后发生色散，形成光谱，各种色光按波长大小如何排列的？(2)电磁波在真空中的传播速度是多少？无线电波的波长比可见光的波长大还是小？除了无线电波和可见光之外，还有其他哪些电磁波？提示：各种色光按波长由大到小排列为：红橙黄绿蓝靛紫．提示：电磁波在真空中的传播速度是光速；无线电波的波长比可见光的波长大；还有红外线、紫外线、X射线、γ射线等．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＝3.0×108m/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．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．[易错提醒]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，可以作探测金属内部缺陷的射线.[典例2](多选)无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来，形成了范围非常广阔的电磁波谱，不同的电磁波表现出的特性不同，因而其用途也不同．下列说法正确的是()A．红外线、紫外线、X射线和γ射线在真空中传播的速度均为3×108m/sB．红外线应用在遥感技术中，是利用它穿透本领强的特性C．紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度D．日光灯是紫外线的荧光效应的应用[思路点拨]各类电磁波的特性由波长大小决定，而各类电磁波的用途则由其特性决定．[解析]各种频率的电磁波在真空中具有相同的速度3×108m/s，故A项正确；红外线应用在遥感技术中是利用了它的衍射能力较强的特性，它的穿透本领较弱，故B项错误；紫外线的频率大于红外线的频率，水对紫外线的折射率较大，由v＝cn可知，C项正确；日光灯是利用了紫外线激发荧光的作用，故D项正确．[答案]ACD[规律总结](1)所有电磁波在真空中的波速相同，而它们在同一种介质中的波速则不同．(2)红外线和紫外线在现代科技和生活实际中应用广泛，同学们必须高度重视．3．(多选)下列关于电磁波谱各成员说法正确的是()A．最容易发生衍射现象的是无线电波B．紫外线有明显的热效应C．X射线穿透能力较强，所以可用来检查工件D．明朗的天空看起来是蓝色是光散射的结果解析：波长越长越易衍射，故A正确；有明显热效应的是红外线，故B错误；X射线因其穿透能力强而常用于人体拍片和检查金属零件缺陷，故C正确；天空的蓝色是由于波长较短的光易被散射，故D正确．答案：ACD4．(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是()A．波长不同的电磁波在本质上完全相同B．电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象C．电磁波谱的频带很宽D．电磁波的波长很短，所以电磁波的频带很窄解析：电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的，只是波长、频率不同而已．其中波长最长的波跟波长最短的波之间频率相差1020倍．答案：AC(1)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．(2)根据雷达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，为此反射波必须在下一个发射波发出前到达雷达接收器．(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间隔时间内传播距离的一半．科学思维——雷达侦察问题的解决方法某雷达工作时，发射电磁波的波长为λ＝20cm，每秒脉冲数n＝5000，每个脉冲持续时间t＝0.02μs，问电磁波的频率为多少？最大的侦察距离是多少？解析：一般在空气中传播，电磁波的传播速度就认为等于光速c＝3.0×108m/s.由公式c＝λf得f＝cλ＝1.5×109Hz.雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续时间t＝0.02μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量．设最大侦察距离为s，则2s＝c·Δt，而Δt＝15000s＝200μs≫0.02μs，脉冲持续时间可以略去不计，所以s＝c·Δt2＝3×104m.答案：1.5×109Hz3×104m1．下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是()A．红外线和X射线都有很强的穿透本领，常用于医学上透视人体B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C．电磁波中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象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，医学上常用于透视人体，红外线不能，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射，C错误；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，D正确．答案：D2．某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号、家用微波炉中的微波、人体透视用的X光、VCD机中的激光(可见光)，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则()A．f1f2f3f4B．f1f2f3f4C．f1f2f4f3D．f2f1f3f4解析：电磁波谱中，中波、微波、可见光、X射线的波长依次变短，频率依次升高，故C项正确．答案：C3．(多选)下列说法中正确的是()A．摄像管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1s内要传送25张画面D．电视机接收的画面是连续的解析：通过摄像管摄到景物的光信号，再通过特殊装置(扫描)转变为电信号，在1s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，最后还原为景物图像，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像，A、B、C正确．答案：ABC4．某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4s，某时刻在雷