第4節電磁波譜[學習目標]1．知道電磁波譜及組成部分。2．知道無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點及作用。知識點1無線電波1．電磁波譜：按電磁波的波長大小或頻率高低的順序排列成譜，叫作電磁波譜。2．按照波長從長到短依次排列為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。不同的電磁波由于具有不同的波長(頻率)，才具有不同的特性。3．無線電波：波長大于1mm(頻率低于300GHz)的電磁波稱作無線電波，主要用于通信、廣播及其他信號傳輸。知識點2紅外線1．紅外線是一種光波，波長比無線電波短，比可見光長，不能引起人的視覺。2．所有物體都發射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強。3．紅外線主要用于紅外遙感和紅外高速攝影。知識點3可見光可見光的波長在400nm到760nm之間。知識點4紫外線1．波長范圍在5__nm到370__nm之間，不能引起人的視覺。2．具有較高的能量，應用于滅菌消毒，具有較強的熒光效應，用來激發熒光物質發光。[判一判]1．(1)各種電磁波中最容易表現出干涉和衍射現象的是γ射線。()(2)低溫物體不能輻射紅外線。()(3)紅外線有顯著的熱效應，紫外線有顯著的化學作用。()提示：(1)×(2)×(3)√知識點5X射線和γ射線1．X射線波長比紫外線短，穿透力較強，用來檢查工業部件有無裂紋或氣孔，醫學上用于人體透視。2．γ射線波長比X射線還要短，具有很高的能量，穿透力更強，醫學上用來治療癌癥，工業上用于探測金屬部件內部是否有缺陷。[判一判]2．(1)X射線的穿透本領比γ射線更強。()(2)X射線對生命物質有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變。()(3)γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高。()提示：(1)×(2)√(3)√1．(電磁波譜)(多選)在下列電磁波中，波長按從長到短排列的是()A．無線電波、可見光、紅外線B．無線電波、可見光、γ射線C．紅光、黃光、綠光D．紫外線、X射線、γ射線解析：選BCD。電磁波譜按波長從長到短的排列順序依次是無線電波→紅外線→可見光(紅、橙、黃、綠、青、藍、紫)→紫外線→X射線→γ射線，B、C、D正確。2．(無線電波)一種電磁波入射到半徑為1m的孔上，可發生明顯的衍射現象，這種波屬于電磁波譜的哪個區域()A．可見光 B．γ射線C．無線電波 D．紫外線解析：選C。發生明顯衍射現象的條件：障礙物或孔的尺寸大小跟光的波長差不多或比波長還要小。電磁波中的無線電波波長范圍是10－3～104m，紅外線波長范圍是10－7～10－3m，可見光、紫外線、γ射線的波長更短，所以只有無線電波符合條件，C正確。3．(電磁波的特性及應用)電磁波在生活中有著廣泛的應用。不同波長的電磁波具有不同的特性，因此也有不同的應用。下列器材與其所應用的電磁波對應關系不正確的是()A．雷達——無線電波B．手機——X射線C．紫外消毒柜——紫外線D．遙控器——紅外線解析：選B。雷達是利用了無線電波中微波來測距的，故A不符合題意；手機采用的是無線電波，X射線對人體有很大的輻射，不能用于通信，故B符合題意；紫外線具有很強的消毒作用，故C不符合題意；紅外線可以用于遙控器，故D不符合題意。4．(電磁波譜)下列關于電磁波譜的說法中，正確的是()A．夏天太陽把地面曬得發熱是因為可見光的熱效應在各種電磁波中是最強的B．驗鈔機驗鈔票真偽體現了紅外線的熒光效應C．利用雷達測出發射微波脈沖及接收到脈沖的時間間隔可以確定雷達和目標的距離D．相同條件下，電磁波譜中最難發生衍射的是X射線解析：選C。熱效應最強的是紅外線，A錯誤；驗鈔機是利用了紫外線的熒光效應，B錯誤；電磁波測距就是利用發射脈沖和接收脈沖的時間間隔來確定的，C正確；電磁波譜中比X射線波長短的還有γ射線，D錯誤。5．(紅外線、可見光、紫外線)如圖所示的容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太陽光的照射下，地面呈現的是圓形黑影，在黑影中放一支溫度計，可發現溫度計顯示的溫度明顯上升，則由此可判定()A．含碘的二硫化碳溶液對于可見光是透明的B．含碘的二硫化碳溶液對于紫外線是不透明的C．含碘的二硫化碳溶液對于紅外線是透明的D．含碘的二硫化碳溶液對于紅外線是不透明的解析：選C。紫外線具有熒光效應，紅外線熱效應明顯，可見光有視覺感應，地面呈現的是圓形黑影，說明含碘的二硫化碳溶液對于可見光是不透明的；溫度計顯示的溫度明顯上升，紅外線熱效應明顯，故說明含碘的二硫化碳溶液對于紅外線是透明的，故C正確。探究一無線電波【問題導引】為什么超遠程無線電利用無線電波中的長波波段，而雷達利用微波波段？提示：根據波的衍射特性，波長越長，越容易繞過障礙物，所以超遠程無線電利用長波波段。微波波長短，傳播時方向性好，雷達正是利用了微波傳播的方向性好的特點。1．無線電波：波長從幾毫米到幾十千米(頻率小于300GHz)的電磁波，分為長波、中波、短波和微波。2．應用：長、中、短波用于發送廣播信號。微波用于發送電視信號和微波爐。【例1】(多選)雷達是應用電磁波來工作的，它發射的電磁波頻率多在300MHz至1000MHz的范圍內。已知真空中光速c＝3×108m/s，下列說法正確的是()A．電磁波可由恒定不變的電場和磁場產生B．電磁波可由周期性變化的電場和磁場產生C．雷達發射的電磁波在真空中的波長范圍多在0.3m至1m之間D．雷達與目標之間的距離可由電磁波從發射到接收的時間間隔確定[解析]恒定的電場不能產生磁場，A錯誤；周期性變化的電場可以產生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場也可以產生周期性變化的電場，這樣的電場和磁場形成的統一體就是電磁場，B正確；雷達發射的電磁波頻率多在300MHz至1000MHz的范圍內。因此，它在真空中的波長可由λ＝eq\f(c,f)求得，則其波長范圍為0.3m至1m，C正確；雷達與目標之間的距離可由電磁波從發射到接收的時間間隔確定，等于eq\f(cΔt,2)，D正確。[答案]BCD[針對訓練1]我國成功研發的反隱身先進米波雷達堪稱隱身飛機的克星，它標志著我國雷達研究又創新的里程碑。米波雷達發射無線電波的波長在1～10m范圍內，則對該無線電波的判斷正確的是()A．米波的頻率比厘米波頻率高B．和機械波一樣須靠介質傳播C．同光波一樣會發生反射現象D．不可能產生干涉和衍射現象解析：選C。從名稱上可判斷，米波的波長大于厘米波的波長，由波長與頻率、波速關系式λ＝eq\f(c,f)可知，米波的頻率小于厘米波的頻率，A錯誤；無線電波是電磁波，可以在真空中傳播，B錯誤；無線電波同光波一樣會發生反射現象，可以產生干涉和衍射現象，C正確，D錯誤。[針對訓練2]我國“神舟七號”航天員翟志剛首次實現了中國航天員在太空的艙外活動(如圖所示)，“神舟七號”載人航天飛行取得了圓滿成功，這是我國航天發展史上的又一里程碑。艙外的航天員與艙內的航天員近在咫尺，但要進行對話，一般需要利用()A．直接對話 B．紫外線C．紅外線 D．無線電波解析：選D。現代的移動通信都是利用無線電波來傳遞信息的，故A、B、C錯誤，D正確。探究二紅外線可見光紫外線【問題導引】手持式紅外線測溫儀可以在不接觸人體的情況下測量人體的溫度，紅外線測溫儀是利用紅外線的哪個特性？提示：測溫儀是利用紅外線的熱效應。1．紅外線(1)紅外線是一種波長比紅光的波長還長的不可見光。其波長范圍很寬，約760～106nm。(2)顯著作用：熱效應。(3)英國天文學家赫歇爾于1800年首先發現紅外線。一切物體都在不停地輻射紅外線，物體溫度越高，其輻射出的紅外線越強。應用：紅外體溫計、紅外夜視儀、紅外攝影、紅外遙感技術、加熱等。2．可見光(1)能作用于人的眼睛并引起視覺的光叫作可見光，如：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫各色光。在電磁波中是一個很窄的波段(波長為400～760nm)。(2)觀察物體，照相等，都是可見光的應用。序號紅橙黃綠藍、靛紫真空中的波長λ/nm760～630630～600600～570570～500500～430430～4003.紫外線(1)紫外線是一種波長比紫光還短的不可見光；其波長范圍約為5～370nm。(2)顯著作用：①熒光效應；②化學作用；③殺菌消毒。(3)德國物理學家里特于1801年首先發現紫外線。一切高溫物體發出的光中，都有紫外線。【例2】間諜衛星上裝有某種遙感照相機，可用來探測軍用和民用目標。這種照相機能拍到晚上關燈行駛的汽車，即使車隊離開也瞞不過它。這種遙感照相機敏感的電磁波屬于()A．可見光波段 B．紅外波段C．紫外波段 D．X射線波段[解析]任何物體都在向外輻射紅外線，溫度越高輻射越強，導彈發射、汽車行駛時發動機溫度很高，會輻射出強烈的紅外線。車隊離開后，空氣中的熱還沒有馬上散發掉，遙感照相機還能探測到車隊剛剛走過的軌跡。[答案]B【例3】據科學家預測，太陽風暴的破壞力遠超過“卡特里娜”颶風。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[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C正確。[答案]C[針對訓練3]在烤箱中能看見一種淡紅色的光，下列關于這種光的說法中正確的是()A．是電熱絲發出的紅外線B．是電熱絲發出的紅光C．主要是利用這種光為食物加熱D．給食物加熱是利用比這種光波長更短的電磁波解析：選B。烤箱中看到的淡紅色的光是可見的紅光，起加熱作用的主要是波長較長的紅外線，而不是紅光，故B正確。探究三X射線和γ射線【問題導引】CT檢查是現代一種較先進的醫學掃描檢查技術。CT機是利用X射線還是γ射線工作的？提示：X射線1．X射線(1)倫琴射線(X射線)是一種波長比紫外線更短的電磁波。(2)特性：有較強的穿透能力。(3)X射線由德國物理學家W.K.倫琴于1895年發現。(4)X射線用于人體檢查如CT掃描。X射線還用于金屬缺陷探測、安全檢查等。2．γ射線(1)比X射線波長更短的電磁波，就是γ射線。比X射線穿透能力更強。(2)γ射線可以治療某些癌癥，也可用于金屬缺陷探測。(3)γ射線對人體正常細胞有很強的破壞作用，因此可能有γ射線出現的地方，必須提出警告，嚴加防護。【例4】(多選)近幾年來，我國北京、上海、山東、洛陽、廣州各地引進了十多臺γ刀，治療患者5000余例，效果極好，成為治療腫瘤的最佳儀器。令人感嘆的是，用γ刀治療時不用麻醉，病人清醒，時間短，半小時完成手術，無須住院，因而γ刀被譽為“神刀”。據報道，我國自己研制的旋式γ刀性能更好，即將進入各大醫院為患者服務。γ刀治療腫瘤主要是利用()A．γ射線具有很強的穿透本領B．γ射線具有很強的電離作用C．γ射線具有很高的能量D．γ射線容易繞過障礙物到達目的地[解析]醫院里用γ刀治療腫瘤是利用γ射線具有很強的穿透性，然后利用其攜帶的很高的能量使腫瘤細胞汽化從而達到治療效果，故A正確；γ射線電離作用較弱，故B錯誤；γ射線是頻率很高的電磁波，具有很高的能量，故C正確；γ射線波長很短，不容易繞過障礙物到達目的地，故D錯誤。[答案]AC[針對訓練4]關于電磁波的特性和應用，下列說法正確的是()A．紅外線和X射線都有很強的穿透本領，常用于醫學上透視人體B．過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康C．電磁波頻率最高的是γ射線，最容易用它來觀察衍射現象D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光解析：選D。X射線有很強的穿透本領，常用于醫學上透視人體，紅外線沒有，A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的是γ射線，其波長最短，最不容易發生衍射現象，C錯誤；紫外線和X射線都可以使感光底片感光，D正確。[A級——基礎達標練]1．各種不同頻率范圍的電磁波按頻率由大到小的排列順序是()A．γ射線、紫外線、可見光、紅外線B．γ射線、紅外線、紫外線、可見光C．紫外線、可見光、紅外線、γ射線D．紅外線、可見光、紫外線、γ射線解析：選A。在電磁波譜中，各電磁波按照頻率從小到大的排列順序是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線，A正確。2．在電磁波譜中，紅外線、可見光和倫琴射線(X射線)三個波段的頻率大小關系是()A．紅外線的頻率最大，可見光的頻率最小B．倫琴射線的頻率最大，紅外線的頻率最小C．可見光的頻率最大，紅外線的頻率最小D．倫琴射線的頻率最大，可見光的頻率最小解析：選B。在電磁波譜中，紅外線、可見光和倫琴射線(X射線)按照頻率從大到小的排列順序是：倫琴射線(X射線)、可見光、紅外線。3．以下關于紫外線的說法正確的是()A．照射紫外線可增進人體對鈣質的吸收，因此人們應盡可能多地接受紫外線的照射B．紫外線是一種可見光C．紫外線有很強的熒光效應，可用于防偽D．紫外線有殺菌消毒的作用，是因為其有熱效應解析：選C。適量照射紫外線，能合成維生素D，促進人體對鈣的吸收，過度的照射可能對皮膚產生傷害，故A錯誤；紫外線是不可見光，故B錯誤；利用紫外線的熒光效應來做防偽標識，故C正確；紫外線化學效應強，所以能殺菌，故D錯誤。4．(多選)電磁波按波長大小的順序把它們排列成譜，如圖所示，由電磁波譜可知()A．微波是不可見光B．紅外線可以滅菌消毒C．紫外線的波長比紅外線長D．X射線能穿透物質，可以用來檢查生物骨骼結構解析：選AD。微波是不可見光，A正確；紅外線有熱效應，紫外線可以滅菌消毒，B錯誤；紫外線的波長比紅外線短，C錯誤；X射線能穿透物質，可以用來檢查生物骨骼結構，D正確。5．(多選)我國可見光通信的實時通信速率已經提高至50Gbps，相當于0.2s即可下載一部高清電影。關于可見光，下列說法正確的是()A．可見光中的紅光比紫光的頻率低B．可見光不能在真空中傳播C．可見光波長越長，越容易發生衍射現象D．可見光能發生光的干涉和衍射現象，說明光是橫波解析：選AC。可見光中的紅光比紫光的頻率低，A正確；可見光能在真空中傳播，B錯誤；可見光波長越長，越容易發生衍射現象，C正確；可見光能發生偏振現象，說明光是橫波，D錯誤。6．(多選)關于紅外線的作用與來源，下列說法正確的是()A．一切物體都在不停地輻射紅外線B．紅外線具有很強的熱作用和熒光作用C．紅外線的顯著作用是化學作用D．紅外線容易穿透云霧解析：選AD。一切物體都在不停地輻射紅外線，熒光作用和化學作用都是紫外線的重要特性，紅外線波長比可見光長，繞過障礙物的能力強，易穿透云霧。7．“紅外夜視儀”在夜間也能看清黑暗中的物體，主要是因為()A．“紅外夜視儀”發射出強大的紅外線，照射被視物體B．一切物體均在不停地輻射紅外線C．一切高溫物體均在不停地輻射紅外線D．“紅外夜視儀”發射出γ射線，被視物體受到激發而放出紅外線解析：選B。所有物體都發射紅外線，因而“紅外夜視儀”可以看清黑暗中的物體。8．下列說法正確的是()A．各種電磁波中最容易表現出干涉和衍射現象的是γ射線B．紅外線有顯著的熱效應，紫外線有顯著的化學作用C．X射線的穿透本領比γ射線更強D．低溫物體不能輻射紅外線解析：選B。干涉和衍射現象是光的波動性的體現，波長越長，越容易產生，而γ射線波長最短，故A錯誤；頻率越高，穿透本領越強，故C錯誤；一切物體都能輻射紅外線，故D錯誤。[B級——能力增分練]9．(多選)許多光學現象在科學技術上得到了應用，以下對一些應用的解釋，正確的是()A．紫外驗鈔機是利用紫外線的化學作用B．X光透視利用的是光的衍射現象C．工業上的金屬探傷利用的是γ射線具有極強的穿透能力D．紅外遙感技術利用了一切物體都在不停地輻射紅外線的特點解析：選CD。紫外驗鈔機是利用紫外線照射印刷在鈔票上的熒光文字，發出可見光，使這些文字能被肉眼看到，利用了紫外線的熒光效應，A錯誤；X射線具有較強的穿透能力，在醫學上用它來透視人體，檢查病變和骨折情況，B錯誤；γ射線具有極強的穿透能力，工業上的金屬探傷就是利用這個原理，C正確；一切物體都在不停地輻射紅外線，紅外遙感技術就是利用這個原理，D正確。10．太陽光通過三棱鏡時，在豎直放置的屏幕上形成如圖所示的光帶NP(忽略三棱鏡對各色光的吸收)。若將靈敏溫度計的測溫端放在屏幕上的MN、NP、PQ區域，在哪個區域上升的示數最大()A．MN B．NPC．PQ D．無法確定解