人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电磁波谱优秀课时训练

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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．
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
可见光的波长在400～760 nm之间．
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．
判断下列说法的正误．
(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．( × )
一、电磁波谱
1．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长到短(频率由低到高)的顺序排列的．
2．各种电磁波的共性
(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．
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
导学探究
电磁波在我们日常生活中应用相当广泛，请你列举出下列电磁波的应用实例：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线．
答案 无线电波：收音机；红外线：红外线理疗仪；可见光：人看到的五彩缤纷的世界；紫外线：紫外线消毒灯；X射线：X光透视机；γ射线：γ射线探伤．
知识深化
不同电磁波的特性及应用
例2 (多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz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0.3 m至1.5 m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
答案 ACD
解析 由公式v＝λf可得，λmin＝eq \f(v,fmax)＝eq \f(3×108,1 000×106) m＝0.3 m，λmax＝eq \f(v,fmin)＝eq \f(3×108,200×106) m＝1.5 m，A正确；电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，B错误；由雷达的工作原理可知C正确；波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，D正确．
例3 当前，新型冠状病毒在威胁着全世界人民的生命健康，红外测温枪在疫情防控过程中发挥了重要作用．红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比，具有响应时间短、测温效率高、操作方便防交叉感染(不用接触被测物体)的特点．下列关于红外测温枪的说法中正确的是( )
A．红外测温枪工作原理和水银体温计测量原理一样都是利用热胀冷缩原理
B．红外测温枪能接收到的是身体的热量，通过热传导到达红外测温枪进而显示出体温
C．红外测温枪利用一切物体都在不停地发射红外线，而且发射红外线强度与温度有关，温度越高发射红外线强度就越大
D．红外线也属于电磁波，其波长小于紫外线的波长
答案 C
解析 红外就是红外线，自然界所有的物体，无时无刻不在向外发出辐射能量，这些能量以电磁波的形式存在．红外测温枪接收到人体辐射出的红外线，通过波长、强度与温度的关系，就可以得到人体的温度，而水银体温计是利用热胀冷缩的原理工作的，A、B错误，C正确；红外线波长大于紫外线波长，D错误．
例4 (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，能在真空中传播，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5 (多选)电磁波在医院得到了广泛应用，关于电磁波的某些特性，下列说法正确的是( )
A．红外线测温仪，是利用了红外线波长较长的特性
B．胸透又称荧光透视，是利用X射线具有穿透性、荧光性的特性
C．伽马手术刀治疗癌症是利用γ射线穿透力强、能量高的特性
D．医用紫外灭菌灯是利用了紫外线的消毒特性
答案 BCD
解析 红外线测温仪，是利用了红外线的热效应，故A错误；X射线具有穿透性、荧光性的特性，所以可以用来做胸透，故B正确；γ射线能量高、穿透力强，医院常用γ射线照射癌细胞治疗癌症，故C正确；医用紫外灭菌灯是利用了紫外线的消毒特性，故D正确．
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．下列各组电磁波，按衍射能力由强到弱的正确排列是( )
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
答案 B
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 根据发生明显的衍射现象的条件可知，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．(2020·浙江7月选考)在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示．下列说法正确的是( )
A．当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线
B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的
答案 D
解析 所有物体都会辐射出红外线，故A、B错误；红外体温计是依据人体发射红外线来测体温的，且人体温度越高，辐射的红外线强度越大，故C错误，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 由于紫外线有显著的生理作用，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，故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．(2021·南通中学期末)下列说法正确的是( )
A．交警通过发射超声波测量车速利用了波的多普勒效应
B．紫外线的穿透本领较强，医疗方面可以杀菌消毒还可以透视
C．医生用超声波检查胆结石，是因为超声波波长较长，遇到结石更容易发生衍射
D．第四代移动通信系统(4G)采用1 880～2 690 MHz间的四个频段，该电磁波信号的磁感应强度随时间是均匀变化的
答案 A
解析 交警通过发射超声波测量车速利用了波的多普勒效应，A正确；紫外线可以杀菌消毒，但不能透视，B错误；医生用超声波检查胆结石，是因为超声波波长较短，遇到结石不容易发生衍射，C错误；第四代移动通信系统(4G)采用1 880～2 690 MHz间的四个频段，该电磁波信号的磁感应强度随时间是周期性变化的，D错误．
8．(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，检查病变和骨折情况，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．
9．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．
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．
11．(多选)第5代移动通信技术(简称5G)，是新一代蜂窝移动通信技术，数据传输速率比4GLTE蜂窝网络快100倍．下表为5G使用的无线电波的频率范围．已知光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s，1 MHz＝1×106 Hz，下列说法正确的有( )
A．FR1比FR2中的无线电波的衍射能力更强
B．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的波长更长
C．在真空中传播时，FR2中频率为28 000 MHz的无线电波波长约为10.7 mm
D．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的传播速度更大
答案 AC
解析 FR1比FR2对应的频率小，根据λ＝eq \f(c,f)，则波长较大，衍射能力更强，选项A正确，B错误；在真空中传播时，FR2中频率为28 000 MHz的无线电波波长λ＝eq \f(c,f)＝eq \f(3×108,28 000×106) m ≈1.07×10－2 m＝10.7 mm，选项C正确；在真空中传播时，FR2与FR1中的无线电波的传播速度相同，均为3×108 m/s，选项D错误．
12．雷达测距防撞控制系统(Distrnic，简称DTR)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t＝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
通信、
广播、
天体物理研究
遥控、
遥测、
加热、
红外
摄像、
红外
制导
照明、
照相等
杀菌、
防伪、
治疗皮
肤病等
检查、
探测、
透视
探测、
治疗
频率范围名称
对应的频率范围
FR1
450 MHz～6 000 MHz
FR2
24 250 MHz～52 600 MHz