物理选择性必修第二册(RJ)2、教师用书word3,第4节　电磁波谱

时间：2021-02-01 20:34:06 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　第 4 节 电磁波谱

　学习目标 核心素养形成脉络 1.知道电磁波谱及组成部分。(重点) 2．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。

　 一、无线电波 1．电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱。

　2．按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线。不同的电磁波由于具有不同的波长(频率)，才具有不同的特性。

　3．无线电波：波长大于 1 mm(频率低于 300 GHz)的电磁波称作无线电波，主要用于通信、广播及其他信号传输。

　二、红外线 1．红外线是一种光波，波长比无线电波短，比可见光长，不能引起人的视觉。

　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。

　3．红外线主要用于红外遥感和红外高速摄影。

　三、可见光 可见光的波长在 400 nm 到 760 nm 之间。

　四、紫外线 1．波长范围在 5_nm 到 370_nm 之间，不能引起人的视觉。

　2．具有较高的能量，应用于灭菌消毒，具有较强的荧光效应，用来激发荧光物质发光。

　五、X 射线和 γ 射线 1．X 射线波长比紫外线短，穿透力较强，用来检查工业部件有无裂纹或气孔，医学上用于人体透视。

　2．γ 射线波长比 X 射线还要短，具有很高的能量，穿透力更强，医学上用来

　治疗癌症，工业上用于探测金属部件内部是否有缺陷。

　 思维辨析 (1)各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是 γ 射线。(

　) (2)红外线有显著的热效应，紫外线有显著的化学作用。(

　) (3)X 射线的穿透本领比 γ 射线更强。(

　) (4)低温物体不能辐射红外线。(

　) (5)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。(

　) (6)γ 射线是波长最短的电磁波，它比 X 射线的频率还要高。(

　) 提示：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√

　深度思考

　一切物体都在不停地辐射红外线，那为什么在冰窖中我们还会感到很冷？ 提示：在冰窖中四周为冰，温度较低，它向外辐射红外线的本领比人体弱，人体在相同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，因此人会感觉越来越冷。

　 无线电波

　问题导引 为什么超远程无线电利用无线电波中的长波波段，而雷达利用微波波段？ [要点提示] 根据波的衍射特性，波长越长，越容易绕过障碍物，所以超远程无线电利用长波波段。微波波长短，传播时方向性好，雷达正是利用了微波传播的方向性好的特点。

　【核心深化】

　1．无线电波：波长从几毫米到几十千米(频率小于 300 GHz)的电磁波，分为长波、中波、短波和微波。

　2．应用：长、中、短波用于发送广播信号。微波用于发送电视信号和微波炉。

　【典题例析】

　(多选)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＝3×10 8

　m/s，下列说法正确的是(

　) 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 [解析] 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＝ cf 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 cΔt2，D 正确。

　[答案] BCD 【针对训练】

　1．(2020·山东济宁模拟)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(

　) 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：选 C。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＝ cf 可知，米波的频率小于厘米波的频率，A 错误；无线电波是电磁波，可以在真空中传播，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，C 正确，D 错误。

　2.

　我国“神舟七号”航天员翟志刚首次实现了中国航天员在太空的舱外活动(如图所示)，“神舟七号”载人航天飞行取得了圆满成功，这是我国航天发展史上的又一里程碑。舱外的航天员与舱内的航天员近在咫尺，但要进行对话，一般需要利用(

　) A．直接对话

　B．紫外线 C．红外线 D．无线电波 解析：选 D。现代的移动通信都是利用无线电波来传递信息的，故 A、B、C错误，D 正确。

　红外线 可见光 紫外线

　问题导引

　手持式红外线测温仪可以在不接触人体的情况下测量人体的温度，红外线测温仪是利用红外线的哪个特性？ [要点提示] 测温仪是利用红外线的热效应。

　【核心深化】

　1．红外线 (1)红外线是一种波长比红光的波长还长的不可见光。其波长范围很宽，约760～10 6

　nm。

　(2)显著作用：热效应。

　(3)英国天文学家赫歇尔于 1800 年首先发现红外线。一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度越高，其辐射出的红外线越强。

　应用：红外体温计、红外夜视仪、红外摄影、红外遥感技术、加热等。

　2．可见光 (1)能作用于人的眼睛并引起视觉的光叫作可见光，如：红、橙、黄、绿、蓝、

　靛、紫各色光。在电磁波中是一个很窄的波段(波长为 400～760 nm)。

　(2)观察物体，照相等等，都是可见光的应用。

　序号 红 橙 黄 绿 蓝、靛 紫 真空中 的波长 λ/nm 760～630 630～600 600～570 570～500 500～430 430～400 3.紫外线 (1)紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约为 5～370 nm。

　(2)显著作用：①荧光效应；②化学作用；③杀菌消毒。

　(3)德国物理学家里特于 1801 年首先发现紫外线。一切高温物体发出的光中，都有紫外线。

　【典题例析】

　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 解析：选 B。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。

　【针对训练】

　3．(2020·河北省冀州中学期中)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(

　) 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：选 C。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 C 正确。

　4．在烤箱中能看见一种淡红色的光，下列关于这种光的说法中正确的是(

　) A．是电热丝发出的红外线 B．是电热丝发出的红光 C．主要是利用这种光为食物加热 D．给食物加热是利用比这种光波长更短的电磁波 解析：选 B。烤箱中看到的淡红色的光是可见的红光，起加热作用的主要是波长较长的红外线，而不是红光，故 B 正确。

　X 射线和 γ 射线

　问题导引 CT 检查是现代一种较先进的医学扫描检查技术。CT 机是利用 X 射线还是 γ射线工作的？ [要点提示] X 射线 【核心深化】

　1．X 射线 (1)伦琴射线(X 射线)是一种波长比紫外线更短的电磁波。

　(2)特性：有较强的穿透能力。

　(3)X 射线由德国物理学家 W.K.伦琴于 1895 年发现。

　(4)X 射线用于人体检查如 CT 扫描。X 射线还用于金属缺陷探测、安全检查等。

　2．γ 射线 (1)比 X 射线波长更短的电磁波，就是 γ 射线。比 X 射线穿透能力更强。

　(2)γ 射线可以治疗某些癌症，也可用于金属缺陷探测。

　(3)γ 射线对人体正常细胞有很强的破坏作用，因此可能有 γ 射线出现的地方，必须提出警告，严加防护。

　【典题例析】

　(多选)近几年来，我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台 γ 刀，治疗患者 5 000 余例，效果极好，成为治疗肿瘤的最佳仪器。令人感叹的是，用 γ 刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无须住

　院，因而 γ 刀被誉为“神刀”。据报道，我国自己研制的旋式 γ 刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务。γ 刀治疗肿瘤主要是利用(

　) A．γ 射线具有很强的穿透本领 B．γ 射线具有很强的电离作用 C．γ 射线具有很高的能量 D．γ 射线容易绕过障碍物到达目的地 [解析] 医院里用 γ 刀治疗肿瘤是利用 γ 射线具有很强的穿透性，然后利用其携带的很高的能量使肿瘤细胞汽化从而达到治疗效果，故 A 正确；γ 射线电离作用较弱，故 B 错误；γ 射线是频率很高的电磁波，具有很高的能量，故 C 正确；γ 射线波长很短，不容易绕过障碍物到达目的地，故 D 错误。

　[答案] AC 【针对训练】

　5．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．电磁波频率最高的是 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：选 D。X 射线有很强的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，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是 γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，C 错误；紫外线和 X 射线都可以使感光底片感光，D 正确。

　错误! !

　中国天眼望远镜 看穿千亿光年

　2020 年 1 月 11 日，被誉为“中国天眼”的 500 m 口径球面射电望远镜通过国家验收正式开放运行。“中国天眼”成为全球最大且最灵敏的射电望远镜，与排在阿波罗登月之前、被评为人类 20 世纪十大工程之首的美国 Arecibo300 m 望远镜相比，其综合性能提高约 10 倍。500 m 口径球面射电望远镜(Five－hundred

　－meter Aperture Spherical Telescope)英文简称刚好是 FAST。作为世界最大的单口径望远镜，FAST 将在未来 20～30 年保持世界一流设备的地位。FAST 建成也意味着人类向宇宙未知地带探索的眼力更加深邃，眼界更加开阔。从 2017 年 10 月“中国天眼”首次发现 2 颗脉冲星，到 2020 年 1 月 11 日召开的国家验收会上公布已发现 102 颗脉冲星，它两年多来发现的脉冲星超过同期欧美多个脉冲星搜索团队发现数量的总和。

　“天眼”厉害在哪？有什么独门绝技？能发现什么？ “可接收到137亿光年以外的电磁信号”“天空覆盖范围为天顶角40°” “跟踪精度 8″”“观测换源时间小于 10 min”……一组数字反映了“天眼”的高超技能。

　FAST 的设计技术方案除了在观测中性氢线及其他厘米波段谱线，开展从宇宙起源到星际物质结构的探讨、对暗弱脉冲星及其他暗弱射电源的搜索、高效率开展对地外理性生命的搜索等 6 个方面实现科学和技术的重大突破外，还将作为一个多学科基础研究平台，有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体。

　 1．(电磁波谱)(多选)在下列电磁波中，波长按从长到短排列的是(

　) A．无线电波、可见光、红外线 B．无线电波、可见光、γ 射线 C．红光、黄光、绿光 D．紫外线、X 射线、γ 射线 解析：选 BCD。电磁波谱按波长从长到短的排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X 射线→γ 射线，B、C、D正确。

　2．(无线电波)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的哪个区域(

　) A．可见光

　B．γ 射线

　C．无线电波 D．紫外线 解析：选 C。发生明显衍射现象的条件：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。电磁波中的无线电波波长范围是 10－ 3 ～10 4

　m，红外线波长范围是 10－ 7 ～10 － 3

　m，可见光、紫外线、γ 射线的波长更短，所以只有无线电波符合条件，C 正确。

　3．(电磁波的特性及应用)电磁波在生活中有着广泛的应用。不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用。下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是(

　) A．雷达——无线电波 B．手机——X 射线 C．紫外消毒柜——紫外线 D．遥控器——红外线 解析：选 B。雷达是利用了无线电波中微波来测距的，故 A 不符合题意；手机采用的是无线电波，X 射线对人体有很大的辐射，不能用于通信，故 B 符合题意；紫外线具有很强的消毒作用，故 C 不符合题意；红外线可以用于遥控器，故D 不符合题意。

　4.

　(红外线、可见光、紫外线)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(

　) 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：选 C。紫外线具有荧光效应，红外线热效应明显，可见光有视觉感应，地面呈现的是圆形黑影，说明含碘的二硫化碳溶液对于可见光是不透明的；温度计显示的温度明显上升，红外线热效应明显，故说明含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的，故 C 正确。

　 (建议用时：45 分钟) 【基础巩固】

　1．各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是(

　) A．γ 射线、紫外线、可见光、红外线 B．γ 射线、红外线、紫外线、可见光 C．紫外线、可见光、红外线、γ 射线 D．红外线、可见光、紫外线、γ 射线 解析：选 A。在电磁波谱中，各电磁波按照频率从小到大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线，A 正确。

　2．在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X 射线)三个波段的频率大小关系是(

　) A．红外线的频率最大，可见光的频率最小 B．伦琴射线的频率最大，红外线的频率最小 C．可见光的频率最大，红外线的频率最小 D．伦琴射线的频率最大，可见光的频率最小 解析：选 B。在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X 射线)按照频率从大到小的排列顺序是：伦琴射线(X 射线)、可见光、红外线。

　3．以下关于紫外线的说法正确的是(

　) A．照射紫外线可增进人体对钙质的吸收，因此人们应尽可能多地接受紫外线的照射 B．紫外线是一种可见光 C．紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪 D．紫外线有杀菌消毒的作用，是因为其有热效应 解析：选 C。适量照射紫外线，能合成维生素 D，促进人体对钙的吸收，过度的照射可能对皮肤产生伤害，故 A 错误；紫外线是不可见光，故 B 错误；利用紫外线的荧光效应来做防伪标识，故 C 正确；紫外线化学效应强，所以能杀菌，故 D 错误。

　4．(多选)电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱，如图所示，由电磁波谱

　可知(

　)

　A．微波是不可见光 B．红外线可以灭菌消毒 C．紫外线的波长比红外线长 D．X 射线能穿透物质，可以用来检查生物骨骼结构 解析：选 AD。微波是不可见光，A 正确；红外线有热效应，紫外线可以灭菌消毒，B 错误；紫外线的波长比红外线短，C 错误；X 射线能穿透物质，可以用来检查生物骨骼结构，D 正确。

　5．(多选)我国可见光通信的实时通信速率已经提高至 50 Gbps，相当于 0.2 s即可下载一部高清电影。关于可见光，下列说法正确的是(

　) A．可见光中的红光比紫光的频率低 B．可见光不能在真空中传播 C．可见光波长越长，越容易发生衍射现象 D．可见光能发生光的干涉和衍射现象，说明光是横波 解析：选 AC。可见光中的红光比紫光的频率低，A 正确；可见光能在真空中传播，B 错误；可见光波长越长，越容易发生衍射现象，C 正确；可见光能发生偏振现象，说明光是横波，D 错误。

　6．(多选)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和荧光作用 C．红外线的显著作用是化学作用 D．红外线容易穿透云雾 解析：选 AD。一切物体都在不停地辐射红外线，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，绕过障碍物的能力强，易穿透云雾。

　7.

　 “红外夜视仪”在夜间也能看清黑暗中的物体，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．一切物体均在不停地辐射红外线 C．一切高温物体均在不停地辐射红外线 D．“红外夜视仪”发射出 γ 射线，被视物体受到激发而放出红外线 解析：选 B。所有物体都发射红外线，因而“红外夜视仪”可以看清黑暗中的物体。

　8．下列说法正确的是(

　) A．各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是 γ 射线 B．红外线有显著的热效应，紫外线有显著的化学作用 C．X 射线的穿透本领比 γ 射线更强 D．低温物体不能辐射红外线 解析：选 B。干涉和衍射现象是光的波动性的体现，波长越长，越容易产生，而 γ 射线波长最短，故 A 错误；频率越高，穿透本领越强，故 C 错误；一切物体都能辐射红外线，故 D 错误。

　【能力提升】

　9．(多选)许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，正确的是(

　) A．紫外验钞机是利用紫外线的化学作用 B．X 光透视利用的是光的衍射现象 C．工业上的金属探伤利用的是 γ 射线具有极强的穿透能力 D．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点 解析：选 CD。紫外验钞机是利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光文字，发出可见光，使这些文字能被肉眼看到，利用了紫外线的荧光效应，A 错误；X 射线具有较强的穿透能力，在医学上用它来透视人体，检查病变和骨折情况，B 错误；γ 射线具有极强的穿透能力，工业上的金属探伤就是利用这个原理，C 正确；

　一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用这个原理，D 正确。

　10．太阳光通过三棱镜时，在竖直放置的屏幕上形成如图所示的光带 NP(忽略三棱镜对各色光的吸收)。若将灵敏温度计的测温端放在屏幕上的 MN、NP、PQ区域，在哪个区域上升的示数最大(

　)

　A．MN

　 B．NP C．PQ D．无法确定 解析：选 C。由光的色散可知 P、N 分别是红光和紫光，所以 PQ 区域是红外线，红外线有热效应，则该区域温度最高，C 正确。

　11．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水汽(H 2 O)、二氧化碳(CO 2 )能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。如图所示为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感卫星大致能够接收到的波长范围为(

　)

　A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm C．5～7 μm D．8～13 μm 解析：选 D。由题图可知，8～13 μm 波段的红外线，水和 CO 2 几乎均不吸收，故 D 正确，A、B、C 错误。

　12．根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是(

　) A．微波、红外线、紫外线 B．γ 射线、X 射线、紫外线 C．紫外线、可见光、红外线 D．紫外线、X 射线、γ 射线

　解析：选 B。微波和红外线，红外线与紫外线在电磁波谱中不相邻，更不会频率重叠，A 错误；紫外线、可见光、红外线虽相邻，但它们三者间有明确的界线，频率也不相重叠，C 错误；在电磁波谱中紫外线、X 射线、γ 射线有重叠，γ射线波长最短，紫外线波长最长，B 正确，D 错误。

　13．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 解析：选 D。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。