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第四章 電磁振蕩與電磁波
4.4 電磁波譜
人教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊
CONTENTS
01
無線電波
02
紅外線
03
可見光
04
目錄
典型例題
紫外線
太空中的太陽動力學觀測臺（SDO）可以拍攝到紫外線波段的太陽圖像。通過這些圖像可以觀察到被可見光模糊或者遮擋的日冕等太陽活動。對比波長為211 nm的紫外線和可見光的圖像可以看出，它與我們常見的太陽大不相同。除了可見光和紫外線，你還知道太陽能發出哪些波段的電磁波嗎？
新課導入
我們知道電磁波包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、y射線等。太陽輻射中就包含了波長不同的各種各樣的電磁波。
從左向右頻率逐漸增大，波長逐漸減小
電磁波譜:按電磁波的波長大小或頻率高低的順序把它們排列成譜。
①可見光只是電磁波中的一小部分
②不同的電磁波由于具有不同的頻率，才具有不同的特性。
01
無線電波
電磁振蕩與電磁波
技術上把波長大于1mm（頻率低于300GHz）的電磁波稱作無線電波。
按波長（頻率）可以把無線電波劃分為若干波段。不同波段的無線電波的傳播特點不一樣，發射、接收所用的設備和技術也不盡相同，因此各有不同的用途。
（1）功能：每一部移動電話都是一個無線電臺，它將用戶的聲音轉變為高頻電信號發射到空中；同時它又相當于一臺收音機，捕捉空中的電磁波，使用戶接收到通話對方送來的消息。
1.移動電話
（2）特點：體積小，發射功率不大，天線簡單、靈敏度不高，因此它與其他用戶的通話靠較大的固定無線電臺轉播。
（1）工作原理：利用電磁波遇到障礙物發生發射的特性工作。
2.雷達
（2）確定物體位置的方法：雷達通過轉動的天線發射微波信號，這種信號傳播的直線性好，遇到障礙物要發生反射，反射信號又被雷達的天線接收。測出從發射信號到接收到目標反射回來的信號的時間，就可以知道目標與雷達的距離為 。
（3）用途：可以探測飛機、艦艇、導彈及其他軍事目標；可以為飛機、船只導航；天文學上可以用來研究行星、衛星；在氣象上可以探測雷雨、云層厚度等。
【拓展】中國天眼
中國天眼是一臺強大的射電望遠鏡，由中國科學院國家天文臺主導建設，是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。簡單來說就是將無線電波進行接收和輸出。
天眼的主要任務之一就是發現脈沖星，脈沖星能夠發射穩定周期性脈沖信號。比如人類要走到火星，或者走出太陽系，甚至走出銀河系，已經脫離地球上GPS的導航，但如果能知道宇宙中很多脈沖星的位置，就可以通過它來定位、導航。脈沖星的觀測研究不僅具有重要的物理意義，而且具有重要應用價值，在時間尺度、深空自主導航等方面具有重要的應用前景。
連接藍牙后，移動電話的上網速度會不會受到影響
上網速度明顯變慢。
由于Wi-Fi和藍牙使用了相同頻段的無線電波，兩者互相干擾。
想一想
02
紅外線
電磁振蕩與電磁波
紅外線：波長約為760nm～1mm
特點：①波長介于無線電波和可見光之間
②所有物體都會發射紅外線
③物體的紅外輻射跟溫度有關。
熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強。
應用：紅外夜視議、紅外攝影、紅外遙感、紅外體溫計。
應用：紅外夜視議、紅外攝影、紅外遙感、紅外體溫計。
紅外夜視議
紅外攝影
紅外遙感
紅外體溫計
注意:烤箱中的紅光,不是紅外線,紅外線是看不見的.
利用紅外線檢測人體的健康狀態，本圖片是人體的背部熱圖，透過圖片可以根據不同顏色判斷病變區域．　
　紅外線衛星云圖顯示一九九九年九月十六日臺風約克于清晨靠近香港時,中心的風眼清晰可見．
紅外線檢視器是利用紅外線能穿透顏料的特性，揭示顏料層下隱藏的資料．利用紅外線發射器、接收器及屏幕顯示器，油畫上炭筆初稿稿及已往曾經進行過的修復工作都能一一呈現于眼前．　
行星狀星云NGC 7027的紅外線照片
美軍在夜間對阿富汗塔利班采取軍事行動
夜視鏡下的現代戰爭！
有些動物具有發達的紅外感受器官，因此在夜間也可以"看到"物體。
響尾蛇毒性很大,它的眼睛對可見光幾乎失去了作用。但是它有“熱眼”它能夠接收小動物身上發出來的紅外輻射,并把外界溫差和紅外線通過神經反映給大腦,大腦發出相應的“命令”,引導毒蛇去獵取食物。
做一做
03
可見光
電磁振蕩與電磁波
波長為400 760nm。能使人的眼睛產生視覺效應的電磁波，稱為可見光。
波長（頻率）范圍不同的光表現為不同的顏色。
大氣把陽光向四面八方散射，波長較短的光比波長較長的光容易被散射。傍晚的太陽顏色發紅，是因為傍晚的陽光在穿過厚厚的大氣層時，藍光、紫光大部分被散射掉了，剩下紅光、橙光透過大氣射入我們的眼睛。
光波進入眼睛，落在視網膜上。視網膜上覆蓋著感光細胞。感光細胞有視錐細胞和視桿細胞兩種，視錐細胞對不同波長的光有不同的響應，這樣我們就能分辨顏色了。
天空為什么是藍色的？
陽光進入大氣時，波長較長的色光，如紅光，透射力大，能透過大氣射向地面；而波長短的紫、藍、青色光，碰到大氣分子、冰晶、水滴等時，就很容易發生散射現象。被散射了的紫、藍、青色光布滿天空，就使天空呈現出一片蔚藍了。
早晨或傍晚的天空為什么會出現彩霞？
朝霞
晚霞
傍晚和早晨，太陽斜射大氣，光線在大氣中的運行距離變長，藍紫光在大氣中已散射完，剩余的紅、橙光較多，紅、橙光占優勢，因此傍晚時天空呈橙紅色。
04
紫外線
電磁振蕩與電磁波
在紫光之外，波長范圍為5 370nm的電磁波是紫外線
具有較高的能量，可破壞細胞
德國物理學家里特于1801年首先發現的，一切高溫物體發出的光中，都有紫外線。
作用：熒光、化學作用、殺菌消毒。
應用：滅菌消毒、促進鈣的吸收、防偽
曬太陽促進鈣的吸收
人民幣防偽
紫外線殺菌
紫外光刻機
紫外線使皮膚老化產生皺紋、產生斑點、造成皮膚粗糙、造成皮膚炎、造成皮膚癌
05
X射線和γ射線
電磁振蕩與電磁波
X射線波長范圍在0.001nm到10nm之間，γ射線波長小于0.001nm。
X射線特點：
①波長比紫外線更短
應用：拍片、機場安檢
②具有較高的能量，可穿透物質
γ射線特點：
應用：治療癌癥，金屬缺陷探測
波長很短，頻率很高；穿透力強，能量高
X射線
應用：拍片、機場安檢
安檢
拍片
γ射線
應用：治療癌癥，金屬缺陷探測
放療
金屬探測
尋找地外文明
射電望遠鏡越大，會聚的無線電波越多，于是就能觀察更弱的射電源。望遠鏡越大，分辨能力也越高。射電望遠鏡可以造得很大，幾十米直徑的射電望運在技術上也能夠實現。建造很多小射電望遠鏡來接收宇宙信號。
STSE
不同電磁波的特點及應用
特點 用途
無線電波
紅外線
可見光
紫外線
X射線
γ射線
波動性強
通訊、廣播、導航
熱作用強
加熱、遙感、紅外線制導等
人類視覺效應
化學作用、熒光效應
穿透力強
穿透力最強
照明、照相等
殺菌消毒、驗鈔等
檢查、探測、透視等
探測、治療等
04
典例分析
電磁振蕩與電磁波
【例題1】根據電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯重疊，且波長順序由短到長排列的是(　　)
A.微波、紅外線、紫外線
B.γ射線、X射線、紫外線
C.紫外線、可見光、紅外線
D.紫外線、X射線、γ射線
B
解析：
選項 剖析 結論
A 微波、紅外線、紫外線的波長由長到短 ×
B 在電磁波譜中紫外線、X射線、γ射線有重疊，γ射線波長最短，紫外線波長最長 √
D ×
C 紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們三者間波長有明確的界線，頻率也不相重疊 ×
【例題2】認為光波和無線電波都是電磁波的理由是下面哪幾個方面(　　)
A.真空中傳播速度相同
B.都能發生反射、折射、衍射等現象
C.傳播中都不依靠介質
D.都是由振蕩電路中自由電子的運動產生的
AC
解析：
A √ 光波和無線電波都是電磁波家族中的一員，它們在真空中傳播速度相同，都具有波的特有性質，同時在傳播中都不依靠別的介質
C √
B × 反射、折射、衍射等現象只能說明光波和無線電波是波，但不能確定是電磁波
D × 光波和無線電波產生的機理不同，無線電波是由振蕩電路中自由電子的運動產生的，而光波是由于原子的外層電子受激發后產生的
C
金屬探傷
不帶電，電離作用最弱
波長最短的電磁波，不易發生衍射
【例題3】被譽為“神刀”的γ刀在治療腦腫瘤的時候不需要對患者實施麻醉，手術時間短。用γ刀治療腦腫瘤主要是利用了( )
A. γ射線具有很強的穿透能力
B. γ射線很強的電離能力
C. γ射線具有很高的能量
D. γ射線很容易繞過障礙物繼續向前傳播
1.（多選）下列關于電磁波譜各成員的說法正確的是（　 　）
A．最容易發生衍射現象的是無線電波
B．紫外線有明顯的熱效應
C．X射線穿透能力較強，所以可用來做檢查工件
D．晴朗的天空看起來是藍色是光散射的結果
ACD
2.（多選）在下列說法中符合實際的是（　　）
A．醫院里常用X射線對病房和手術室消毒
B．醫院里常用紫外線對病房和手術室消毒
C．在人造衛星上對地球進行拍攝是利用紫外線有較好的分辨能力
D．在人造衛星上對地球進行拍攝是利用紅外線有較好的穿透云霧煙塵的能力
BD
牛刀小試
牛刀小試
3.下面列出一些醫療器械的名稱和這些器械運用的物理現象．請將相應的字母填寫在運用這種現象的醫療器械后面的空格上．
（1）X光機　 　；
（2）紫外線燈　 　；
（3）理療醫用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合較好．這里的“神燈”是利用了　 　．
A．光的全反射； B．紫外線具有很強的熒光作用；
C．紫外線具有殺菌消毒作用； D．X射線的很強的貫穿力；
E．紅外線具有顯著的熱作用； F．紅外線波長較長易發生衍射．
D
C
E
4、防治“非典”期間，在機場、車站等交通出入口，使用了紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測出經過它的發熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播，關于紅外線熱像儀，下列說法中正確的是(　　)。
A.選擇紅外線進行檢測，主要是因為紅外線波長較大，容易發生明顯衍射
B.紅外線熱像儀通過發射紅外線照射人體來檢測體溫
C.紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用
D.一切物體都能發射紅外線，而且物體在不同溫度下發射的紅外線的頻率和強度不同
D
牛刀小試
解析：不同射線具有不同的特點，會有不同的用途。對紅外線來說主要特點就是：一切物體都在不停地發射紅外線，并且發射的能力跟溫度有關。紅外線熱像儀就是應用了一切物體都在不停地發射紅外線的特點。
5、太陽風暴襲擊地球時，不僅會影響通信，威脅衛星，而且會破壞臭氧層。臭氧層作為地球的保護傘，是因為臭氧能吸收太陽輻射中(　　)。
A.波長較短的可見光
B.波長較長的可見光
C.波長較短的紫外線
D.波長較長的紅外線
C
牛刀小試
解析:臭氧層的主要作用就是吸收由太陽射向地球的紫外線，從而有效地對地球上的動植物起保護作用。作為人類，保護臭氧層就是保護我們自己。故正確的選項是C。
6、若某種紫外線的頻率為1.5×1015 Hz，
(1)該紫外線的波長是多少？
(2)紫外線的主要作用有哪些？
(3)簡要說明人體不接受紫外線輻射和大量輻射分別會產生什么后果？
牛刀小試
答案：
(1)200 nm
(2)熒光作用，滅菌消毒作用
(3)不接受紫外線照射時，不能殺死人體內的一些細菌，人的抗病能力也較弱，也不利于鈣和磷的吸收；紫外線照射過量，則會傷害皮膚，使體內的遺傳物質受損，會把正常細胞變成癌細胞。

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