高中物理人教版 (新课标)选修33 电磁波的发射和接收学案设计

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第十四章电磁波14.4电磁波与信息化社会14.5 电磁波谱【教学目标】1．了解电磁波的应用。2．了解电视和雷达的基本原理。3．了解电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。4．了解什么是电磁波谱，知道各种可见光和不可见光与无线电波一样，也是电磁波。5．了解不同波长(或频率)范围的电磁波的特性以及应用。6．知道电磁波也具有能量，知道电磁波是一种物质。7．了解阳光的成分以及其能量分布的大体情况。重点：电磁波谱难点：不同波长(或频率)范围的电磁波的特性以及应用。【自主预习】1.1927年，英国发明家________在伦敦公开表演了向远处传递活动图像的技术。这个表演标志着________的诞生。2．摄像机在1 s内要传送______幅画面，电视接收机也以相同的速率在荧光屏上显现这些画面。由于画面______和视觉______效应，我们感觉到的便是活动的影像。3．雷达是利用________来测定物体位置的无线电设备。4．________年，世界上第一台电子计算机诞生了，20世纪90年代中期，世界最大的计算机互联网——________出现了爆炸式的发展5.按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做________。按波长从大到小的顺序依次是无线电波、________、可见光、________、________、γ射线。6．可见光的波长在________nm到________nm之间。阳光是由各种色光组成的。按波长从大到小的顺序依次是红、________、黄、________、蓝～靛、________。7．太阳辐射的能量集中在________、________和________三个区域。其中________附近，辐射的能量最强。我们的眼睛正好对这个区域的电磁辐射最敏感。8.电磁波谱:（1）无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来，构成了范围非常广阔的电磁波谱。(2)特点从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长(或频率)不同又表现出不同的特点。①可见光只是其中很窄的一个波段。②波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射现象。③波长越来越短的可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线，要观察到它们的干涉、衍射现象，就越来越困难了。【典型例题】一、电磁波与信息化社会【例题1】在电视信号发送和接收的过程中，要用到许多电学部件，将元件名称和它们在电路中的作用连接起来。摄像机　　　　     将声信号还原后放出话筒         向空中发送电磁波发送天线        接收空中的电磁波显像管     将光信号转变为电信号扬声器     将声信号转变为电信号接收天线        将电信号转变为光信号 二、电磁波谱【例2】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的排列是(　　)A．微波、红外线、紫外线B．γ射线、X射线、紫外线C．紫外线、红外线、无线电波D．紫外线、X射线、γ射线 【例3】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．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 三、电磁波谱的分类及特点【例4】在下列说法中符合实际的是                         (　　)A．在医院里常用X射线对病房和手术室消毒B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力 【例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，即使汽车离开，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 【例6】近年来，无线光通信技术(不需光纤，利用红外线在空间的定向传播来传递信息)的通信手段，在局域网、移动通信等方面显示出巨大的应用前景。关于红外线和光通信，以下说法中正确的是                                          (　　)①光通信就是将文字、数据、图像等信息转换成光信号从一地传向另一地的过程②光纤通信中的光信号在光纤中传输，无线光通信的光信号在空气中传输③红外线的频率比可见光的频率高④红外光子的能量比可见光子的能量大A．①②　　    B．③④　　    C．①③　　   D．②④【课后练习】1．下列说法正确的是(　　)A．发射的图像信号不需要调制过程B．接收到的图像信号也要经过调谐、检波C．电视信号包括图像信号和伴音信号两种D．图像信号和伴音信号传播的速度不同 2．关于雷达的特点，下列说法正确的是(　　)A．雷达所用无线电波的波长比短波更长B．雷达只有连续发射无线电线，才能发现目标C．雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离D．雷达在能见度低的黑夜将无法使用 3．雷达采用微波的原因是(　　)A．微波具有很高的频率B．微波具有直线传播的特性C．微波的反射性强D．微波比其它无线电波(长波、中波、短波等)传播的距离更远 4．雷达向一定方向发射一微波，经时间t接收到障碍物反射回来的微波，由此可知雷达到障碍物的距离为(　　)A.     B．ct  C．2ct     D．4ct 5．眼睛的视觉暂留时间为0.1 s，为了使电视图像是连续活动的，电视台每秒内发送的图像信号(　　)A．应该多于10张             B．应该少于10张C．通常每秒发射10张         D．通常每秒发射25张 6．下列说法正确的是(　　)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内要送出25张画面D．电视机接收的画面是连续的 7关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　)A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B．红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的C．X射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线 8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 9下面关于红外线说法中正确的是(　　)A．红外烤箱中的红光就是红外线B．红外线比可见光更容易发生衍射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 10.列关于紫外线的几种说法中，正确的是(　　)A．紫外线是一种紫色的可见光B．紫外线的频率比红外线的频率低C．紫外线可使钞票上的荧光物质发光D．利用紫外线可以进行电视机等电器的遥控 11列能说明电磁波具有能量的依据是(　　)A．可见光射入人的眼睛，人看到物体B．放在红外线区域的温度计升温很快C．收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振D．γ射线具有很强的贯穿能力 12列说法正确的是(　　)A．只有物体温度较高时，才能向外辐射红外线B．紫外线的主要作用是化学作用C．可见光比红外线容易发生衍射现象D．X射线在磁场中偏转，穿透力较强，可用来进行人体透视 13.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 14图26－1所示是X射线管的示意图。下列有关X射线管或X射线的说法中正确的有(　　)A．高压电源的右端为正极B．蓄电池也可用低压交流电源代替C．X射线是由对阴极A发出的D．X射线的波长比可见光长例题答案1. 答案：2. 【答案】B【解析】题目给出了两个要求，一是频率相互交错，需要各电磁波是相邻的，二是波长由短到长，故B选项正确。3. 解析：在电磁波家族中，按波长由长到短分别有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，所以A项对。答案：A4. 【答案】B、D【解析】紫外线具有杀菌、消毒的作用，X射线穿透能力较强，因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，用X射线透视人体；在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强，容易透过云雾烟尘，因而用波长较长的红外线，所以答案为B、D。5. 解析：由这种照相机能够晚上拍照的特点可知，它的电磁波属于红外波段。答案：B6. 【答案】A【解析】无线光通信技术是光信号在空气中直接传输各种信息。光纤通信中的光信号是在光纤维中传输。不论哪种方式，传输的都是文字、数据、图像等信息。而红外线的频率由电磁波谱可知比可见光的频率低，由爱因斯坦的光子论可知E＝hν，红外光子的能量比可见光的光子的能量小。课后练习答案：1. 解析：发射电磁波须先调制，接收电磁波须先调谐、解调，A项错误，B项正确；根据日常生活经验可知C项正确；不管是什么信号，只要以电磁波形式发送，速度是一样的，D项错误。答案：B、C2. 解析：雷达一般采用直线性好，反射性强的微波，不是连续的发射无线电波，每次发射的时间及两次发射的时间间隔都有一定要求，障碍物的距离等情况都由指示器显示出来，分析可知C项正确。答案：C3. 解析：雷达一般采用直线性好，反射性强的微波，每次发射的时间短于1 μs，故A、B、C项正确。答案：A、B、C4. 解析：雷达的工作原理是雷达发射出电磁波，碰到障碍物后返回雷达接收电磁波，故ct＝2x，则x＝，A项正确。答案：A5. 解析：每秒发送25幅画面，电视机每秒也播放25幅画面，这样才感到图像活动是连续的。答案：D6.解析：摄像机通过摄像镜头摄到景物的光信号，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，最后还原成图像和景物，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，所以A、B、C选项正确。答案：A、B、C7. 解析：波长越长的无线电波波动性越显著，干涉、衍射现象易发生；从电磁波产生的机理可知γ射线是原子核受激发后产生的；不论物体温度高低都能辐射红外线，物体的温度越高，它辐射的红外线越强。答案：A、B8. 解析：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制，调制分为调幅和调频，调幅是使高频电磁波的振幅随信号强弱而变，B选项即是这种情况。答案：B9. 解析：红外线是看不见的，红外线比可见光的波长长，更容易发生衍射；一切物体，包括高温物体和低温物体都在辐射红外线，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固有频率，也就更容易使分子发生共振，因而红外线热作用显著。答案：B、D10. 解析：紫外线波长比可见光中紫光的波长还短，不能引起视觉，是不可见光，其频率比可见光及红外线都要高；紫外线有荧光作用，钞票上的荧光物质受到紫外线照射时，能发出荧光。故A、B选项错误，而C选项正确；电视机等电器都是利用红外线遥控的，故D选项错误。答案：C11. 解析：A项，人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量；B项，红外线具有热作用，说明红外线具有能量；C项，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；D项，γ射线的贯穿能力说明γ射线具有很高的能量。答案：A、B、C、D12. 解析：一切物体都发射人眼观察不到的红外线，用红外夜视镜，不管是白天还是黑夜都能观察到物体，红外线夜间拍摄也是这个道理，C项正确。答案：C13. 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。答案：C14. 解析：X射线管的主要部件及其作用如下表：部件名称灯丝(钨丝)K蓄电池高压电源对阴极A作用发出热电子给灯丝供电，使其发热产生强电场，加速电子也叫阳极靶，发出伦琴射线高速电子流射到任何固体上都会产生X射线，它是原子内层电子受到激发后产生的。它的波长比紫外线还要短，但比γ射线要长；它的穿透本领很强，能使包在黑纸里的照相底片感光，但其穿透本领比γ射线要弱。综合以上分析，本题选项A、B、C正确。答案：A、B、C