2020版高中物理 第十四章 4 电磁波与信息化社会 5 电磁波谱课件 新人教版选修3-4

4电磁波与信息化社会5电磁波谱[学习目标]1.了解电磁波的应用和在科技、经济、社会发展中的作用.2.了解电视、雷达、移动电话、因特网的基本原理或应用.3.认识电磁波谱,知道电磁波是一个很大的家族,可见光是电磁波中的一小部分.4.了解电磁波各波段的特点和主要用途.课前预习感悟新知教材探究知识点一电磁波与信息化社会[问题导学]你能说出生产、生活、科技中哪些方面应用了电磁波吗?答案:生产、生活和科技中电磁波应用非常广泛,像广播、电视、手机、卫星导航、网上查阅资料、远程教学、医疗、操控无人飞机、外太空的人造飞行器、探索宇宙的起源等.[知识梳理]1.电磁波的传输:可以通过电缆、进行有线传输,也可实现无线传输.电磁波的频率,相同时间内传递的信息量越大.2.电磁波的应用实例(1)电视的发射和接收过程光缆越高电信号解调(2)雷达雷达是利用无线电波来测定的无线电设备.电磁波遇到障碍物会发生,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的.(3)移动电话、因特网也是利用电磁波来传输信息的.物体位置反射知识点二电磁波谱[问题导学]电磁波中,无线电波波长范围为几十千米到几毫米,光波波长不到1微米.作用于我们的眼睛并能引起视觉反应的部分——可见光,只是电磁波中很窄的波段.在可见光范围外还存在大量的不可见光线.各种电磁波谱成员按波长顺序是如何排列的?答案:波长从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,合起来构成了范围广阔的电磁波谱.[知识梳理]1.概念:按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱.2.电磁波谱的排列:按波长由长到短依次为、红外线、、紫外线、X射线、.3.不同电磁波的特点及应用无线电波可见光γ射线特性用途无线电波波动性_________通信、广播、导航红外线热作用强加热、遥测、遥感可见光感光性__________照明、照相等紫外线化学作用、__________杀菌消毒强强荧光效应4.电磁波的物质性电磁场是一种物质,电磁波是中的电磁场,电磁波可以传递能量.5.太阳辐射太阳辐射的能量集中在、可见光和三个区域,在光附近,辐射的能量最强.运动红外线紫外线黄绿思考判断1.电磁波按照频率由高到低依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.()2.电磁波的波长越长,相同时间传递的信息量越大.()3.太阳辐射的能量集中在红外线、可见光、紫外线三个区域.()4.各种电磁波在本质上是一样的,都能够发生反射、折射、衍射和干涉.()5.雷达主要利用的是电磁波中微波波段,波长短、传播直线性好、反射性强.()6.微波炉是将电能转化为内(热)能对食物加热的.()××√√√×要点一电磁波与信息化社会课堂探究突破要点雷达的工作原理:雷达利用微波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置.根据发射无线电波到接收反射波的时间t,确定障碍物的距离s=2ct,再根据发射无线电波的方向和仰角,确定障碍物的位置.[例1]雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备,它可以向一定方向发射不连续的电磁波脉冲,遇到障碍物会发生反射.雷达在发射和接收电磁波时,荧光屏上分别会呈现出一个尖形波.某防空雷达发射相邻两次电磁波脉冲之间的时间间隔为Δt=5×10-4s.它跟踪一个匀速移动的目标过程中,某时刻在监视屏上显示的雷达波形如图(甲)所示,30s后在同一方向上监视屏上显示的雷达波形如图(乙)所示.已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间为10-4s,电磁波在空气中的传播速度为3×108m/s,则被监视目标的移动速度最接近()A.1200m/sB.900m/sC.500m/sD.300m/sC解析:已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为10-4s,从图(甲)中可以看出两次时间间隔为4个时间间隔,即t=4×10-4s,利用公式可得刚开始相距s1=2vt=843104102m=6×104m;同理30s后相距s2=2vt=843103102m=4.5×104m监视目标的移动速度v′=st=446104.51030m/s=500m/s,故选C.规律方法处理雷达侦测问题的要点(1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c,根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔,可求得侦察距离.(2)根据发射无线电波的方向和仰角,确定被侦察物体的位置.(3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半.AC[针对训练1](多选)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短B.雷达只有连续发射无线电波,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解析:雷达所用无线电波为微波,微波的波长比短波更短,故A正确;雷达是通过发射无线电波的脉冲并接收电磁脉冲工作的,两次发射的时间间隔大约是0.1ms,故B错误;雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离,故C正确;电磁波的使用不受天气影响,故雷达在能见度低的黑夜一样使用,故D错误.[例2](多选)下面关于电视的说法中正确的是()A.电视信号的发射、接收过程:景物→电信号→电磁波→电信号→图像B.摄像机在一秒钟内要传递24张画面C.显像管是将电信号还原成景物图像的关键部分D.由于画面更换迅速和视觉暂留现象使人们看到的是活动的影像ACD解析:电视信号的发射、接收过程:景物→电信号→电磁波→电信号→图像;摄像机在一秒钟内要传递25张画面;显像管是将电信号还原成景物图像的关键部分;由于画面更换迅速和视觉暂留现象使人们看到的是活动的影像.故A,C,D正确.[针对训练2]关于电视接收的原理,下列说法中正确的是()A.电视接收天线接收到的电磁波中包括有图像信号和声音信号B.电视接收天线接收到电磁波,天线上并不产生感应电流C.电视接收机接收到电磁波,通过电子枪的扫描显示电视节目的声音信号D.电视接收机接收到电磁波,直接经扬声器得到电视节目的声音信号A解析:电视信号中有图像信号和声音信号,即电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和声音信号,故A正确;电视接收天线接收到电磁波,引起电磁感应,天线上产生感应电流,故B错误;电视接收机接收到电磁波,然后经过解调还原出图像信号;通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信号,故C错误;电视接收机接收到电磁波,通过电谐振得到需要的信号,然后经过解调还原出声音信号;再经过放大器后扬声器得到电视节目的声音信号,故D错误.要点二各种电磁波的特性1.共性(1)不同电磁波的行为均服从波的规律,只是各波段显示波的特性的难易程度不同.(2)都遵守公式v=λf,它们在真空中的传播速度都是c=3.0×108m/s.(3)它们的传播都不需要介质.2.个性(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,不同波段的各自特性决定了它们不同的用途.(2)同频率的电磁波,在不同介质中传播速度不同;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.(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光照片,γ射线检查金属部件的缺陷等.[例3]麦克斯韦的电磁场理论指出:变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场.电场和磁场在空间的交替传播就形成了电磁波.从赫兹用实验证实了电磁波的存在至今,电磁波已经与我们的生活紧密相关:机场安检门使用频率为7kHz的电磁波,GPS定位系统使用频率为10.23MHz(1MHz=106Hz)的电磁波,手机工作时使用频率为800～1900MHz的电磁波,无线WiFi使用频率为2.4GHz(1GHz=109Hz)的电磁波,地铁行李安检时使用频率为1018Hz的电磁波.根据图中给出的电磁波谱和相关信息,下列说法正确的是()CA.手机工作时使用的电磁波是纵波B.机场安检门使用的电磁波只能在空气中传播C.地铁行李安检时使用的电磁波是利用了电磁波的穿透本领D.无线WiFi使用的电磁波比GPS定位系统使用的电磁波更容易发生衍射现象解析:手机工作时使用的电磁波为横波,故A错误;电磁波可以在真空中传播,也可以在介质中传播,故B错误;地铁行李安检时使用的电磁波是利用了电磁波的穿透本领,故C正确;无线WiFi使用的电磁波比GPS定位系统使用的电磁波频率高,波长短,不容易衍射,故D错误.方法技巧电磁波的特点和应用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.[针对训练3]验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光;家用电器的遥控器发出的“光”能用来控制电视机、空调器等家用电器.对于它们发出的“光”,下列说法中正确的是()A.验钞机发出的“光”是红外线,遥控器发出的“光”是紫外线B.遥控器发出的“光”是红外线C.当遥控器发出的“光”通过玻璃棱镜发生折射时,它的偏折角比验钞机发出的“光”大D.遥控器发出的“光”在玻璃中的传播速度小于验钞机发出的“光”在玻璃中的传播速度B解析:验钞机发出的是紫外线,电视遥控器发出的是红外线,故A错误,B正确;遥控器发出的“光”通过玻璃棱镜发生折射时,因红外线的折射率比紫外线的折射率小,则它的偏折角比验钞机发出的“光”小,故C错误;根据v=cn,可知,当折射率越大时,传播速度越小,所以遥控器发出的“光”在玻璃中的传播速度大于验钞机发出的“光”在玻璃中的传播速度,故D错误.随堂演练检测效果1.“远望”号航天测量船,通过发射和接收一种波,对“嫦娥一号”进行跟踪、测量与控制.这种波是()A.红外线B.紫外线C.超声波D.微波D解析:红外线的主要应用是电视机、空调的遥控器,故A错误.紫外线用来杀菌消毒,故B错误.超声波是声波,不能在真空中传播,故C错误.微波是电磁波,跟踪、测控就是利用了它,故D正确.2.(多选)下列哪些设备是电磁辐射污染源()A.高压变电站B.电视发射塔C.移动电话发射塔D.电灯BC解析:电力设施在周围环境中产生的电场和磁场是随着距离的增大而衰减,影响范围非常小,根本不形成辐射,无法向外界辐射能量,故A,D不属于电磁辐射污染源.电磁辐射是指电磁能量从辐射源发射到空间,在电场与磁场之间,以电磁波的形式传播的能量流现象,通常是通过天线向外进行发射的,故B,C属于电磁辐射污染源.3.为了体现高考的公平、公正,高考时很多地方在考场使用手机信号屏蔽器,该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描.该扫描速度可以在手机接收报文信号时形成乱码干扰,手机不能检测从基站发出的正常数据,使手机不能与基站建立连接,达到屏蔽手机信号的目的,手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象.由以上信息可知()A.由于手机信号屏蔽器的作用,考场内没有电磁波了B.电磁波必须在介质中才能传播C.手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内D.手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的D解析:电磁波在空间的存在,不会因手机信号屏蔽器而消失,故A错误.电磁波可以在真空中传播,B错误.由题意知手机信号屏蔽器工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描,干扰由基站发出的电磁波信号,使手机不能正常工作,故C错误,D正确.4.(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内.下列关于雷达和电磁波说法正确的是()A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3m至1.5m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ACD解析:由公式c=λf可得,λmin=maxcf=86310100010m=0.3m,λmax=mincf=8631020010m=1.5m,A正确;电磁波是由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,