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第2講　電磁波譜 [目標(biāo)定位]　1.掌握波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系.知道電磁波在真空中的傳播速度等于光速，即c＝3.00108 m/s.2.知道電磁波譜由無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線組成，能夠知道各自的特點(diǎn)與重要應(yīng)用.3.了解電磁波具有能量.了解太陽(yáng)輻射大部分能量集中的波長(zhǎng)范圍.4.了解尋找地外文明的主要?dú)v史和當(dāng)前的進(jìn)展，激發(fā)學(xué)生探索地外未知生命的熱情，增加求知欲. 一、波長(zhǎng)、頻率和波速 1.概念 (1)在一列水波中，凸起的最高處叫做波峰；凹下的最低處叫做波谷.鄰近的兩個(gè)波峰(或波谷)的距離叫做波長(zhǎng). (2)在1 s內(nèi)有多少次波峰或波谷通過(guò)，波的頻率就是多少. (3)用來(lái)描述波傳播快慢的物理量叫做波速. 2.波速、波長(zhǎng)、頻率三者之間的關(guān)系：波速＝波長(zhǎng)頻率， 電磁波的波速c與λ、f的關(guān)系是c＝λf. 3.電磁波在真空中的速度c＝3.0108__m/s. 想一想　電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都等于光速嗎？ 答案　不是.電磁波在真空中的速度最大，而在介質(zhì)中速度都會(huì)減小，我們認(rèn)為電磁波在空氣中的傳播速度近似等于光速. 二、電磁波譜 1.按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的順序把它們排列成譜，叫做電磁波譜. 2.不同波長(zhǎng)電磁波的特性 (1)無(wú)線電波 波長(zhǎng)大于1 mm(頻率小于300 000 MHz)的電磁波是無(wú)線電波.無(wú)線電波用于通信和廣播. (2)紅外線 ①紅外線是一種光波，它的波長(zhǎng)比無(wú)線電波的波長(zhǎng)短，比可見(jiàn)光長(zhǎng)， ②所有物體都發(fā)射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強(qiáng). 我們看不見(jiàn)紅外線. ③利用紅外線遙感可以在飛機(jī)或人造衛(wèi)星上勘測(cè)地?zé)?、尋找水源、監(jiān)視森林火情、預(yù)報(bào)風(fēng)暴和寒潮. 3.可見(jiàn)光 可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在700～400 nm之間. 4.紫外線 波長(zhǎng)范圍在5 ～400 nm的電磁波是紫外線.可以利用紫外線滅菌消毒.人體接受適量的紫外線照射，能促進(jìn)鈣的吸收，改善身體健康.在紫外線的照射下，許多物質(zhì)會(huì)發(fā)出熒光.根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)防偽措施. 5.X射線和γ射線 波長(zhǎng)比紫外線更短的電磁波就是X射線和γ射線.X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過(guò)量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變.X射線能夠穿透物質(zhì)，可以用來(lái)檢查人體內(nèi)部器官. 波長(zhǎng)最短的電磁波是γ射線，它具有更高的能量.在醫(yī)學(xué)上可以治療某些癌癥、探測(cè)金屬部件內(nèi)部的缺陷. 想一想　除了課本上提到的各種電磁波的應(yīng)用，你還知道電磁波的哪些應(yīng)用？ 答案　在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，很多武器的自動(dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)都有紅外線探測(cè)裝置，即使是人隱蔽在半邊開(kāi)放的掩體中，也能夠被紅外線探測(cè)裝置發(fā)現(xiàn)；一些控制導(dǎo)彈飛行的系統(tǒng)中，也常常利用紅外線進(jìn)行制導(dǎo)；許多動(dòng)物具有發(fā)達(dá)的紅外線感受器官. 三、電磁波的能量 1.微波爐的工作應(yīng)用了一種電磁波——微波.食物中的水分子在微波的作用下加劇了熱運(yùn)動(dòng)，內(nèi)能增加，溫度升高. 2.電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì). 四、太陽(yáng)輻射 1.太陽(yáng)輻射中含有可見(jiàn)光、紅外線、紫外線，同時(shí)還有X射線、γ射線、無(wú)線電波. 2.太陽(yáng)輻射的能量集中在可見(jiàn)光、紅外線和紫外線三個(gè)區(qū)域內(nèi).波長(zhǎng)在黃綠光附近，輻射的能量最強(qiáng).我們的眼睛正好能感受這個(gè)區(qū)域的電磁輻射. 一、波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系 1.電磁波在真空中的速度為光速，c＝3108 m/s. 2.電磁波的波長(zhǎng)(λ)、波速(c)及頻率(f)的關(guān)系. (1)c＝λf. (2)真空中，電磁波的頻率越大，波長(zhǎng)越短. 3.由周期和頻率的關(guān)系f＝可知c＝. 4.影響波速的因素 電磁波與機(jī)械波不同，它的傳播速度與介質(zhì)和頻率有關(guān)，而機(jī)械波的速度只與介質(zhì)有關(guān). 例1　電磁波在空中的傳播速度為v.北方交通廣播電臺(tái)的頻率為f，該電臺(tái)所發(fā)射電磁波的波長(zhǎng)為(　　) A. B. C. D.vf 答案　A 解析　由公式v＝λf，可得波長(zhǎng)λ＝，選項(xiàng)A正確. 針對(duì)訓(xùn)練1　英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為：變化的磁場(chǎng)________(選填“能”或“不能”)產(chǎn)生電場(chǎng)；德國(guó)物理學(xué)家________用實(shí)驗(yàn)成功證實(shí)了電磁波的存在；已知電磁波在真空中的傳播速度為3.0108 m/s，頻率為1.0108 Hz的電磁波，在真空中的波長(zhǎng)為_(kāi)_______m. 答案　能　赫茲　3.0 解析　根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)；赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在；由公式v＝λf，可得波長(zhǎng)λ＝＝ m＝3.0 m. 二、電磁波譜及其應(yīng)用 　　名稱(chēng) 特性　 無(wú)線電波 紅外線 可見(jiàn)光 紫外線 X射線 γ射線 主要 作用 通信、 廣播 熱作用 視覺(jué) 作用 化學(xué) 作用 穿透 作用 貫穿 作用 真空中 的速度 都是c＝3.00108 m/s 頻　率 小→大 波長(zhǎng) 大→小 例2　如圖4－2－1所示，醫(yī)院常用X光機(jī)檢查人的身體.X光機(jī)利用了X射線的(　　) 圖4－2－1 A.熒光效應(yīng) B.滅菌消毒作用 C.強(qiáng)穿透能力 D.顯著熱效應(yīng) 答案　C 解析　X射線能夠穿透物質(zhì)，可以用來(lái)檢查人體內(nèi)部器官，選項(xiàng)C正確. 針對(duì)訓(xùn)練2　 關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.把電場(chǎng)和磁場(chǎng)組合在一起就是電磁場(chǎng) B.無(wú)線電波、可見(jiàn)光、X射線都是電磁波 C.電磁波頻率越高，傳播速度越大 D.麥克斯韋第一次通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在 答案　B 解析　電磁場(chǎng)是變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互聯(lián)系著的，形成的不可分割的統(tǒng)一體，不是簡(jiǎn)單的組合在一起，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)電磁波譜可知選項(xiàng)B正確；電磁波在真空中的傳播速度等于光速，與頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲第一次通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系 1.一列電磁波從水進(jìn)入空氣的過(guò)程中，一定保持不變的物理量是(　　) A.頻率 B.波長(zhǎng) C.振幅 D.波速 答案　A 解析　頻率由波本身決定，與介質(zhì)、波速無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A正確；但電磁波在真空中的速度最大，而在介質(zhì)中速度都會(huì)減小，故從真空傳入水中時(shí)波速變小，由公式v＝λf，可得波長(zhǎng)λ＝變小，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；電磁波在傳播過(guò)程中，隨著距離的增加，能量逐漸減弱，所以振幅逐漸減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤. 2.家用微波爐中使用的微波頻率為2 450 MHz，它的波長(zhǎng)是多少？某廣播電臺(tái)發(fā)射的電磁波的波長(zhǎng)是500 m，它的頻率是多少？ 答案　0.122 m　6105 Hz 解析　微波爐的微波頻率是2 450 MHz， 即f＝2 450106 Hz， 由c＝λf得λ＝＝ m≈0.122 m. f′＝＝ Hz＝6105 Hz. 電磁波譜及其應(yīng)用 3.關(guān)于電磁波譜，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過(guò)量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變 B.γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高 C.紫外線比紫光的頻率低 D.在電磁波譜中，穿透能力最強(qiáng)的是X射線 答案　AB 解析　X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過(guò)量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變，選項(xiàng)A正確；γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高，選項(xiàng)B正確；在電磁波譜中從無(wú)線電波到γ射線，波長(zhǎng)逐漸減小，頻率逐漸增大，紫外線的頻率應(yīng)比紫光高，在電磁波譜中γ射線的穿透能力最強(qiáng)，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤. 4.如圖4－2－2所示，是醫(yī)生用計(jì)算輔助某種射線斷層攝影(簡(jiǎn)稱(chēng)“CT”)檢查身體的情景，這種能穿透身體的射線是(　　 ) 圖4－2－2 A.紅外線 B.可見(jiàn)光 C.紫外線 D.X射線 答案　D 解析　X射線能穿透物質(zhì)，可以用來(lái)檢查人體內(nèi)部器官.“CT”就是利用X射線的穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn). 題組一、電磁波譜及其應(yīng)用 1.下列各組電磁波，按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的正確排列是(　　) A.γ射線、紅外線、紫外線、可見(jiàn)光 B.紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、γ射線 C.可見(jiàn)光、紅外線、紫外線、γ射線 D.紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、γ射線 答案　B 解析　在電磁波譜中，電磁波的波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列順序依次是：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線，由此可判定選項(xiàng)B正確. 2.在電磁波譜中，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.各種電磁波有明顯的頻率和波長(zhǎng)區(qū)域界限 B.γ射線的頻率一定大于X射線的頻率 C.X射線的波長(zhǎng)有可能等于紫外線波長(zhǎng) D.可見(jiàn)光波長(zhǎng)一定比無(wú)線電波的短 答案　CD 解析　X射線和γ射線、X射線和紫外線有一部分頻率重疊，界限不明顯，故C、D選項(xiàng)正確. 3.關(guān)于紅外線，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.紅外烤箱中的紅光就是紅外線 B.紅外線比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)長(zhǎng) C.高溫物體輻射紅外線，低溫物體不輻射紅外線 D.紅外線比可見(jiàn)光更容易引起固體物質(zhì)分子共振 答案　BD 解析　紅外線是看不見(jiàn)的，所以烤箱中的紅光不是紅外線；紅外線比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)長(zhǎng)；一切物體，包括高溫物體和低溫物體都輻射紅外線，只是物體溫度越高，它輻射的紅外線就越強(qiáng)；紅外線的頻率比可見(jiàn)光更接近固體物質(zhì)分子的頻率，也就更容易使分子發(fā)生共振，因而紅外線熱作用顯著. 4.關(guān)于紫外線，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.紫外線能夠滅菌消毒 B.紫外線是紫色的 C.紫外線能夠用來(lái)透視人體器官 D.紫外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng) 答案　A 解析　紫外線具有滅菌消毒作用，A對(duì)；紫外線是不可見(jiàn)光，它的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短，穿透能力比X射線弱，不能用于人體器官透視，故B、C、D錯(cuò). 5.間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機(jī)，可用來(lái)探測(cè)軍用和民用目標(biāo).這種照相機(jī)能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車(chē)，即使車(chē)隊(duì)離開(kāi)，也瞞不過(guò)它.這種遙感照相機(jī)敏感的電磁波屬于(　　) A.可見(jiàn)光波段 B.紅外波段 C.紫外波段 D.X射線波段 答案　B 解析　一切物體在任何情況下都放射紅外線，但不能隨意放射可見(jiàn)光、紫外線和X射線，故這種遙感照相機(jī)敏感的電磁波屬于紅外波段.B正確. 6.關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息 B.手機(jī)在通話時(shí)涉及的波既有電磁波又有聲波 C.太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同 D.遙控器發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)和醫(yī)院“CT”中的X射線波長(zhǎng)相同 答案　B 解析　無(wú)論是電磁波還是聲波，都可以傳遞能量和信息，則A項(xiàng)錯(cuò)誤；易知B項(xiàng)正確；太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光和醫(yī)院“B超”中的超聲波的傳播速度不相同，則C項(xiàng)錯(cuò)誤；遙控器發(fā)出的紅外線頻率和醫(yī)院“CT”中的X射線頻率不同，故它們的波長(zhǎng)也不相同，則D項(xiàng)錯(cuò)誤. 7.關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.電磁波與機(jī)械波一樣均不能在真空中傳播 B.電磁波的傳播實(shí)際上也伴隨著電磁能的傳播 C.微波爐中的微波是一種高頻率的電磁波，本身沒(méi)有能量，但能產(chǎn)生熱量 D.微波爐中的微波是一種低頻率的電磁波，本身具有能量，但不能產(chǎn)生熱量 答案　B 解析　電磁波能在真空中傳播，傳播過(guò)程中也伴隨著電磁能的傳播，A錯(cuò)，B對(duì)；微波爐中的微波是一種高頻率的電磁波，本身具有能量，能產(chǎn)生熱量，故C、D錯(cuò)誤. 題組二、波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系 8.關(guān)于光波和無(wú)線電波，下列說(shuō)法不正確的是(　　) A.都是電磁波 B.都可以在真空中傳播 C.在真空中的傳播速度都是3108 m/s D.二者的波長(zhǎng)、頻率均相同 答案　D 解析　光波和無(wú)線電波本質(zhì)上都是電磁波，都可以在真空中傳播，在真空中傳播的速度都是3108 m/s，所以A、B、C對(duì)；光波和無(wú)線電波波長(zhǎng)、頻率不同，所以D錯(cuò). 9.電磁波從真空傳入水中時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.頻率不變，波速變大，波長(zhǎng)變大 B.頻率不變，波速變小，波長(zhǎng)變小 C.波速不變，頻率變小，波長(zhǎng)變大 D.波速不變，頻率變大，波長(zhǎng)變小 答案　B 解析　電磁波的波長(zhǎng)λ、波速v和頻率f與機(jī)械波一樣滿足v＝λf，傳播過(guò)程中，頻率不變，C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤；但電磁波在真空中的速度最大，而在介質(zhì)中速度都會(huì)減小，故從真空傳入水中時(shí)波速變小，波長(zhǎng)變小，A錯(cuò)，B對(duì). 10. 波長(zhǎng)為50 m～100 m的無(wú)線電波適宜通過(guò)電離層的反射向遠(yuǎn)處傳播，這些無(wú)線電波的頻率范圍是多大？若傳到相隔1 500 km的遠(yuǎn)處至少需要多長(zhǎng)時(shí)間？ 答案　3106 Hz～6106 Hz　510－3 s 解析　由c＝λf得，f1＝＝ Hz＝6106 Hz， f2＝＝ Hz＝3106 Hz， 所以頻率范圍為3106 Hz～6106 Hz 由x＝ct可得t＝＝s＝510－3s