高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第四节 电磁波谱教学课件ppt

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1．电磁波谱：把各种电磁波按波长或频率的大小顺序排列起来，就组成了___________．按照波长从长到短依次排列为：__________、________、________、________、________、________.不同的电磁波由于具有不同的_____________，才具有不同的特性．2．无线电波：波长大于1 mm(频率小于300 GHz)的电磁波是无线电波，主要用于________和________．
电磁波是由相同且互相垂直的电场与磁场，在空间中衍生发射的电磁振荡，是以波动的形式传播的电磁场，各种电磁波有哪些共性？【答案】(1)在本质上都是电磁波，遵循相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义．(2)都遵循公式v＝λf，在真空中的传播速度都是c＝3×108 m/s.(3)传播都不需要介质．(4)都具有反射、折射、衍射和干涉的特性．
(2021年四川棠湖中学期中)下列各组电磁波，按频率由高到低的正确排列顺序是(　　)A．无线电波、红外线、可见光、X射线B．X射线、红外线、可见光、无线电波C．X射线、可见光、红外线、无线电波D．无线电波、可见光、红外线、X射线
【答案】C【解析】由c＝fλ，得波长越长，频率越低．根据电磁波按波长排列顺序，按频率由高到低排列的顺序是X射线、可见光、红外线、无线电波，C正确．
1．红外线：它是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长，不能引起人的视觉．所有________都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射________，主要应用于加热、红外摄影等．2．可见光：可见光的波长在760 nm到400 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)__________．3．紫外线：波长范围在5 nm到370 nm之间，不能引起人的视觉，紫外线具有较高的能量，因此可以利用紫外线_____________；许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，根据这一点可以设计___________．
红外线、可见光、紫外线
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？【答案】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．
红外夜视镜是利用了(　　)A．红外线波长长，易绕过障碍物的特点B．红外线的热效应强的特点C．一切物体都在不停地辐射红外线的特点D．红外线不可见的特点【答案】C【解析】一切物体都在不停地辐射红外线，而且温度不同，辐射的红外线强度不同．
1．X射线：X射线能够穿透物质，可以用来____________________；在工业上，利用X射线____________________________．2．γ射线：具有很高的能量，穿透能力更强．主要应用有：医学上具有治疗__________的作用，工业上常利用其进行________．3．电磁波传递能量：电磁波传递______，电磁波是一种______．
检查金属零件内部的缺陷
在电磁波中由红外线到γ射线，频率最大的是什么射线？波长最长的是什么射线？【答案】γ射线的频率最大，红外线的波长最长．
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？【解析】根据体温越高，辐射红外线越强的原理．
1．各种电磁波的异同(1)在本质上都是电磁波，遵循相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义．(2)都遵循公式v＝λf，在真空中的传播速度都是c＝3×108 m/s.(3)传播都不需要介质．(4)都具有反射、折射、衍射和干涉的特性．
(5)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．(6)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．(7)产生机理不同.
2．电磁波谱及介绍无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来便构成了范围非常广阔的电磁波谱．如图所示是按波长由大到小(频率由小到大)顺序排列的．
3．无线电波(1)波长大于1 mm(频率小于300 GHz)的电磁波是无线电波．无线电波用于通信、广播及其他信号传输．(2)广播电台和电视台都有发射无线电波的设备，许多自然过程也辐射无线电波．如天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究．
例1　太阳表面温度约为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，应该选择的波段是(　　)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A正确．
变式1　科学家曾经设想通过高耸的天线塔，以无线电波的形式将电能输送到指定地点，但一直没有在应用层面上获得成功，其主要原因是这类无线电波(　　)A．在传输中很多能量被吸收B．在传播中易受山脉阻隔C．向各个方向传输能量D．传输能量易造成电磁污染【答案】C【解析】电磁波可以向各个方向传播，而电能的输送需要定向传播．
(1)电磁波谱按波长由长到短依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．(2)金属能反射微波而使微波不能穿透金属器皿，故金属器皿盛食物的加热效果不如瓷器．(3)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光照相，γ射线用于检查金属部件的缺陷等． (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，速度越小．
1．红外线(1)红外线是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长．所有物体向外辐射红外线．热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强．肉眼看不见红外线，但能够感受它．寒冷的冬天当你在炉旁烤火时，你的皮肤正在享受红外线带来的温暖．
(2)红外线主要有以下应用：①人体在发射红外线，体温越高，发射的红外线越强．根据这个原理，红外体温计不与身体接触也可以测体温．②红外探测器能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是夜视仪器和红外摄影的基础．
③用灵敏的红外探测器吸收远处物体发出的红外线，然后用电子电路对信号进行处理，可以得知被测对象的形状及温度、湿度等参数．这就是红外遥感技术．利用红外遥感可以在飞机或人造地球卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮．红外遥感在军事上的应用也十分重要．④加热物体．红外线很容易使物体的温度升高，如市场上的“远红外烤箱”．
2．可见光(1)可见光的波长在400 nm到760 nm之间，不同颜色的光是波长(频率)范围不同的电磁波.
(2)天空看起来是蓝色的，是由于波长较短的光比波长较长的光更容易被散射．傍晚的阳光比较红，是由于大气对波长较短的蓝光、紫光比波长较长的红光、橙光吸收较强的缘故．
3．紫外线(1)紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质．因此，可以利用紫外线灭菌消毒．太阳光里有许多紫外线，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．但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤．(2)许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，根据这一点可以设计防伪措施．
例2　(多选)等离子显示屏PDP是一种以等离子管作为发光元件，并由大量的等离子管排列在一起构成的屏幕．每个等离子管的透明玻璃管内都充有低压的氖氙气体，管的两端各有一个电极，在两个电极间加上高电压后，封在管内的气体便产生某种肉眼看不见的射线，它激发显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光．每个等离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化的组合，便形成了各种灰度和色彩的图像，则(　　)
A．等离子管发光的微观机理是通过高电压使低压氖氙气体原子的外层电子受到激发而发光B．等离子管发光的微观机理是通过高电压使低压氖氙气体原子的内层电子受到激发而发光C．该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的荧光效应D．该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的化学作用【答案】AC
【解析】根据紫外线的产生机理、特点及应用可知是某种看不见的射线使荧光粉发光，看不见的射线应是紫外线，使荧光粉发光，这是紫外线的荧光效应．紫外线作为电磁波家族中的一员，它的产生机理与可见光和红外线的产生机理是相同的，都是原子的外层电子受到激发后产生的，所以正确的是A、C．
变式2　下列说法正确的是(　　)A．在均匀变化的电场周围一定产生变化的磁场B．紫外线有显著的热效应C．一切物体都在不停地发射红外线D．X射线的穿透本领比γ射线更强【答案】C【解析】在均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场，故A错误；红外线有显著的热效应，故B错误；物体是由大量分子组成的，分子是不断的运动的，必然伴随电磁场的变化，即辐射电磁波；故C正确；X射线的穿透本领比γ射线弱，故D错误．
(1)可见光的波长在400 nm到760 nm之间，不同颜色的色光频率不同．(2)太阳能量的辐射主要集中在可见光、红外线和紫外线三个区域．波长在550 nm的黄绿光附近，辐射的能量最强．(3)电磁波是由电磁场的传播形成的，它可以传递能量．
1．X射线(1)人们用X射线管来产生X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．在工业上，利用X射线检查金属零件内部的缺陷．机场、车站等地进行安全检查时，X射线能轻而易举地窥见箱内的物品．
(2)“CT”是“计算机辅助X射线断层摄影”的简称．X射线以不同角度照射人体，计算机对其投影进行分析，给出类似于生理切片一样的人体组织照片．医生可以从中看出是否发生了病变．2．γ射线波长最短的电磁辐射是γ射线，它具有很高的能量．γ射线能破坏生命物质．把这个特点应用在医学上，可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症．γ射线的穿透能力很强，可用于探测金属部件内部的缺陷．
例3　(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是(　　)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．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
【答案】AB【解析】X射线具有较强的穿透能力，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，故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，故B正确；紫外线比紫光的波长短，更不容易发生衍射，故C错误；电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是无线电波，故D错误．
变式3　(多选)在电磁波中，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．可见光的波长一定比无线电波的短【答案】BD
【解析】电磁波按照频率分类，从低频率到高频率(也就是波长逐渐减小的顺序)，分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线(伦琴射线)和γ射线等．但是各种电磁波没有明显的频率和波长区域界限，例如，近年来，一方面由于超短波无线电技术的发展，无线电波的范围不断朝波长更短的方向发展；另一方面由于红外技术的发展，红外线的范围不断朝波长更长的方向扩展．日前超短波和红外线的分界已不存在，其范围有一定的重叠．所以A、C错误，B、D正确．
(1)红外线、X射线、γ射线是电磁波，β射线是电子流，不是电磁波．(2)我们不仅要牢记电磁波谱中的不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用，还要记住电磁波谱中波长、频率的变化规律，如频率越高，波长越短，穿透性越强，波动性越弱；频率越低，波长越长，衍射现象越明显，波动性越强，穿透性越弱． 电磁波谱相关问题的解题方法(1)熟记各种电磁波的特性及应用．(2)按电磁波谱的排列顺序，波长越长，频率越低，衍射能力越强，穿透能力越弱；波长越短，频率越高，衍射能力越弱，穿透能力越强．
不同电磁波的特性及应用
例4　下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的括号内．A．光的全反射B．紫外线具有很强的荧光作用C．紫外线具有杀菌消毒作用D．X射线有很强的穿透力E．红外线具有显著的热效应F．红外线波长较长，易发生衍射
(1)X光机(　　)(2)紫外线灯(　　)(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好．这里的“神灯”是利用(　　)【答案】(1)D　(2)C　(3)E
【解析】(1)X光机是用来透视人体内部器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，故选D．(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，故选C．(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，故选E.
1．我们的生活已经离不开电磁波，如：GPS定位系统使用频率为10.23 MHz(1 MHz＝106 Hz)的电磁波，手机工作时使用频率为800～1 900 MHz的电磁波，家用5G Wi－Fi使用频率约为5 725 MHz的电磁波，地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波．关于这四种电磁波的说法正确的是(　　)A．家用5G Wi－Fi电磁波的衍射现象最明显B．GPS定位系统使用的电磁波的能量最强C．地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领D．手机工作时使用的电磁波是纵波且不能产生偏振现象
【答案】C【解析】电磁波波长越长，频率越低，则衍射现象越明显，GPS定位系统的电磁波衍射现象最明显，A错误；根据E＝hν可知，频率越高，能量越大，则地铁行李安检时使用的电磁波能量最大，B错误；地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领，C正确；电磁波是横波，能产生偏振现象，D错误．
2．(多选)下列关于电磁波谱各成员说法中正确的是(　　)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D．晴朗的天空看起来是蓝色的是光散射的结果【答案】ACD【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射线穿透能力较强，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．
3．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
【答案】C【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．
4．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【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)按照频率从大到小的排列顺序是：伦琴射线(X射线)、可见光、红外线．
5．(2022年江苏海门中学开学考)如图所示，后车安装了“预碰撞安全系统”，其配备的雷达会发射毫米级电磁波(毫米波)，并对前车反射的毫米波进行运算，则(　　)A．毫米波的频率比可见光高B．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象C．经前车反射后毫米波的速度将比反射前大D．前车的金属尾板遇到毫米波时会产生极其微弱的感应电流
【答案】D【解析】从电磁波谱的顺序可知毫米波的频率比可见光低，A错误；毫米波的波长远小于车的大小，所以遇到前车时不会发生明显衍射现象，B错误；电磁波在空中传播的速度不会变化，C错误；电磁波在金属中可发生电磁感应，所以前车的金属尾板遇到毫米波时会产生极其微弱的感应电流，D正确．