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    2024年高中物理新教材同步学案 选择性必修第二册 第4章 4 电磁波谱(含解析)
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    人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电磁波谱优质导学案

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    这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电磁波谱优质导学案,共7页。

    一、电磁波谱
    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的谱,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),具有不同的特性。
    例1 各种不同频率范围的电磁波按频率由高到低的排列顺序是( )
    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
    答案 A
    解析 在电磁波谱中,各电磁波按照频率从低到高的排列顺序是:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,所以选项A正确。
    二、电磁波的特性及应用
    1.无线电波:把波长大于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。
    雷达是利用电磁波遇到障碍物要发生反射,以此来测定物体位置的无线电设备,其利用的是波长较短的微波。
    2.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。
    (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)红外线的应用主要有红外遥感技术和红外体温计。
    3.可见光:能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波,可见光的波长在400~760 nm之间,分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。不同颜色的光波长(频率)不同。
    4.紫外线:(1)波长范围在5~370 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。
    5.X射线和γ射线
    (1)X射线波长比紫外线短,有很强的穿透本领,用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔,医学上用于检查人体的内部器官。
    (2)γ射线波长比X射线更短,具有很高的能量,穿透力更强,医学上用来治疗某些癌症,工业上也可用于探测金属构件内部是否有缺陷。
    说明:波长越长越容易发生衍射现象,衍射现象越明显,穿透能力越弱。
    (1)各种电磁波中最容易发生干涉和衍射现象的是γ射线。( × )
    (2)红外线有显著的热效应,紫外线具有较高的能量。( √ )
    (3)低温物体不能辐射红外线。( × )
    (4)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度。( × )
    (5)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。( × )
    (6)X射线的穿透本领比γ射线更强。( × )
    例2 (多选)(2023·黄冈高二期末)红外测温门使用了一种传感器,当它感应到有人走近时会自动对人测温,如果体温低于37.3 ℃门会自动打开。下列说法中正确的是( )
    A.当人体温低于37.3 ℃时不会向外辐射红外线
    B.人的体温越高,测温门测量时接收到的红外辐射越强
    C.该测温门感应到人体辐射的红外线比可见光的波长短
    D.该测温门上感应到人体辐射的红外线比X射线的频率低
    答案 BD
    解析 当人体温低于37.3 ℃时也会向外辐射红外线,故A错误;温度越高,辐射越强,人的体温越高,测温门测量时接收到的红外辐射越强,故B正确;红外线的波长比可见光的长,频率比X射线的频率低,故C错误,D正确。
    例3 (多选)我国“可见光通信系统关键技术研究”获得重大突破——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.可见光不属于电磁波
    C.可见光波长越长,越容易发生明显衍射
    D.可见光从空气进入水中后,其频率不变,但是波长变短
    答案 ACD
    解析 根据可见光的频率排列顺序可知,可见光中的红光比紫光的频率低,选项A正确;可见光属于电磁波,选项B错误;可见光波长越长,越容易发生明显衍射,选项C正确;可见光从空气进入水中后,其频率不变,波速减小,根据λ=eq \f(v,f)可知,波长变短,选项D正确。
    例4 (2023·湖州高二期末)关于生活中遇到的各种电磁波,下列说法正确的是( )
    A.医院里“CT”机使用的电磁波是γ射线,它具有较强的穿透能力
    B.紫外线常用于卫星通信、电视等信号的传输,它还可用于消毒
    C.“浴霸”的取暖灯泡能发出较强的红外线,它具有显著的热效应
    D.X射线可以摧毁病变的细胞,常用于治疗各种癌症
    答案 C
    解析 医院里“CT”机使用的电磁波是X射线,利用X射线能够穿透物质,来检查人体的内部器官,故A错误;微波常用于卫星通信、电视等信号的传输,紫外线用于消毒,故B错误;“浴霸”的取暖灯泡能发出较强的红外线,利用红外线的热效应进行取暖,故C正确;γ射线可以摧毁病变的细胞,常用于治疗各种癌症,故D错误。
    不同电磁波的特性及应用
    课时对点练
    考点一 电磁波谱
    1.在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率高低关系是( )
    A.红外线的频率最高,可见光的频率最低
    B.伦琴射线的频率最高,红外线的频率最低
    C.可见光的频率最高,红外线的频率最低
    D.伦琴射线的频率最高,可见光的频率最低
    答案 B
    解析 在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)按照频率从高到低的排列顺序是:伦琴射线(X射线)、可见光、红外线,故B正确。
    2.(2022·浙江嘉兴一中月考)使用蓝牙耳机接听手机来电,信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波( )
    A.是蓝光
    B.波长比手机通信的电磁波短
    C.在真空中的传播速度大小为340 m/s
    D.在真空中的传播速度比手机通信的电磁波传播速度小
    答案 B
    解析 蓝牙通信用的电磁波不在可见光频率范围内,不是蓝光,故A错误;蓝牙通信的电磁波频率比手机通信的电磁波频率高,波长短,故B正确;电磁波在真空中的传播速度约为3×108 m/s,故C错误;蓝牙通信和手机通信使用的都是电磁波,在真空中传播速度相同,故D错误。
    3.一种电磁波射到半径为1 m的孔上,可发生明显的衍射现象,由此可知这种波属于电磁波谱中的( )
    A.γ射线 B.可见光
    C.无线电波 D.紫外线
    答案 C
    解析 发生明显的衍射现象的条件为障碍物或孔的尺寸和波长相差不多或比波长还要小。电磁波谱中只有无线电波的波长大于1 mm,可见光、紫外线、γ射线的波长更短,故只有无线电波射到半径为1 m的孔上,才能发生明显的衍射现象,故选项C正确。
    考点二 电磁波的特性及应用
    4.(2023·阳泉高二期末)以下关于电磁波的说法不正确的是( )
    A.医院B超发出的超声波是电磁波
    B.无线通信是用电磁波进行传播的
    C.遥控器发出的红外线是电磁波
    D.透视使用的X射线是电磁波
    答案 A
    解析 医院B超发出的超声波是声波,不是电磁波,故A错误;无线通信用的是无线电波,是电磁波,故B正确;遥控器发出的红外线是电磁波,故C正确;透视使用的X射线是电磁波,故D正确。
    5.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的吸收,因此人们应尽可能多地接受紫外线的照射
    B.一切高温物体发出的光都含有紫外线
    C.紫外线有很强的荧光效应,常被用来防伪
    D.紫外线有杀菌消毒的作用,是因为其有热效应
    答案 C
    解析 由于紫外线有较高的能量,杀菌能力较强,在医疗上有其应用,但是过多地接受紫外线的照射,对人体来说也是有害的,所以A、D两项错误;并不是所有的高温物体发出的光都含有紫外线,所以B项错误;紫外线有很强的荧光效应,可用来防伪,所以C项正确。
    6.如图所示,球形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,则由此可断定( )
    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
    答案 C
    解析 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,C项正确。
    7.(多选)许多光的特性在科学技术上得到了应用,下列对一些应用的解释,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
    答案 CD
    解析 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项错误。X射线具有较强的穿透能力,在医学上用它来透视人体,检查病变和骨骼情况,B项错误。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项正确。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项正确。
    8.太阳表面温度约有6 000 K,主要发出可见光;人体温度约为310 K,主要发出红外线;宇宙间的温度约为3 K,所发出的辐射称为“3 K背景辐射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热,若要进行“3 K背景辐射”的观测,应该选择下列哪一个波段( )
    A.无线电波 B.紫外线
    C.X射线 D.γ射线
    答案 A
    解析 电磁波谱按波长由长到短的顺序排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,由题意知,物体温度越高,其发出的电磁波波长越短,宇宙间的温度约为3 K,则其发出的电磁波的波长应在无线电波波段,故选项A正确。
    9.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区域时,在哪个区域上升的示数最大( )
    A.MN B.NP
    C.PQ D.无法确定
    答案 C
    解析 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。
    10.过量的电磁辐射对人体健康有害。按照有关规定,工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过某一临界值W。若某无线电通信装置的电磁辐射功率为P(离辐射源距离为R的球面上接收到的功率始终为P),则符合规定的安全区域到该通信装置的距离至少为( )
    A.eq \r(\f(W,πP)) B.eq \r(\f(W,4πP))
    C.eq \r(\f(P,πW)) D.eq \r(\f(P,4πW))
    答案 D
    解析 根据题中信息,W=eq \f(E,St),E表示能量,S表示面积,t表示时间,由功率P=eq \f(E,t)可得W=eq \f(Pt,St)=eq \f(P,S)=eq \f(P,4πr2),所以r=eq \r(\f(P,4πW)),选项D正确。
    11.雷达测距防撞控制系统是利用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备,某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方匀速飞来,已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1.0×10-4 s,某时刻雷达显示屏上显示的波形如图甲所示,A脉冲为发射波,B脉冲为目标反射波,经t0=170 s后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示,则该飞机速度大小约为多少?
    答案 306 m/s
    解析 由题图示信息知,比较远时,脉冲波显示的距离
    s=eq \f(ct,2)=eq \f(3×108×4×10-4,2) m=6×104 m
    当飞机到达雷达正上方后,距离
    s′=eq \f(ct′,2)=eq \f(3×108×2×10-4,2) m=3×104 m
    由于开始时飞机在斜上方,后来飞机到达正上方,所以飞机的速度
    v=eq \f(\r(6×1042-3×1042),170) m/s≈306 m/s。电磁波谱
    无线
    电波
    红外线
    可见光
    紫外线
    X射线
    γ射线
    频率
    由左向右,频率变化为由低到高
    真空中
    的波长
    由左向右,波长变化为由长到短
    特性
    波动
    性强
    热效应强
    感光
    性强
    化学作用、荧光效应强
    穿透
    力强
    穿透力最强
    用途
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