2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第4章电磁振荡与电磁波4.4电磁波谱课件

4.电磁波谱\n一、电磁波谱　电磁波的应用1.电磁波谱:(1)定义:按_____________的顺序把所有电磁波排列起来,称之为电磁波谱.(2)顺序:按照波长从长到短依次排列为:_________、红外线、_______、紫外线、X射线、γ射线.波长(或频率)无线电波可见光\n2.电磁波的特性:不同的电磁波由于具有不同的_____,才具有不同的特性.(1)无线电波:波长从几毫米到几十千米的电磁波是无线电波,主要用于_____和_____.(2)红外线:波长位于微波和可见光之间的电磁波,不能直接引起人的视觉.所有物体都会发射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强,主要应用于_____或红外线遥感.频率通信广播加热\n(3)紫外线:波长范围在60nm到400nm之间,不能直接引起人的视觉,紫外线具有化学作用,应用于_________;还有较强的荧光效应,用来激发荧光物质发光.(4)X射线:波长比紫外线还短的电磁波,_______较强.用来检查工业部件的内部有无砂眼、裂纹等缺陷,医学上用于透视人体.杀菌消毒穿透力\n(5)γ射线:比X射线波长更短的电磁波,波长范围为10-7～10-2nm,具有很高的能量,穿透能力更强.主要应用有:医学上治疗作用,工业上_____作用.探测\n3.电磁波的产生机理:(1)无线电波主要是自由电子在振荡电路中的_______运动产生的.(2)红外线、可见光、紫外线是原子的_________运动发生变化时产生的.(3)X射线是原子的_________运动发生变化时产生的.(4)γ射线是从___________发射出来的.周期性外层电子内层电子原子核内部\n【想一想】生活中的哪些现象应用了电磁波?提示:生活中,电磁波应用非常广泛,像电视、雷达、卫星导航、微波炉、移动电话(手机)等都应用了电磁波.\n二、无线电波的发射和传播1.有效发射电磁波必须满足的两个条件:(1)振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的__________中.开放空间\n为了满足以上要求,可以_____电容器极板间的距离,_____极板的面积,同时_____自感线圈的匝数,使原来集中在电容中的电场和集中在线圈中的磁场扩散到外部空间中去.这种使电场和磁场扩展到外部空间的振荡电路叫_________.增大减小减小开放电路\n(2)要有足够高的_________,频率越高,振荡电路向外发射电磁波的本领越大.振荡频率LC振荡电路由闭合电路演变为开放电路示意图\n2.电磁波的调制:(1)调制:把传递的信号“加”到_____上的过程.(2)调制的分类.①调幅:使高频振荡的_____随信号而变.②调频:使高频振荡的_____随信号而变.载波振幅频率\n3.无线电波的传播:无线电波通常有三种传播途径:地波、天波和空间波.途　径传播形式适合波段主要特点地　波沿地球_____空间传播长波、_____、中短波_____能力较强,但能量损失较多表面中波衍射\n途　径传播形式适合波段主要特点天　波靠大气中________的反射传播短波_____能力较强,但不够稳定空间波像光束那样沿_____传播超短波和微波穿透能力较强,但_________受限制电离层反射直线传播距离\n【判一判】(1)为了有效发射电磁波,使电容器变成了两条长的直导线.()(2)地波在传播过程中衍射能力较强且能量损失少.()(3)电磁波的调制就是把低频的电信号加载到高频振荡电流上.()\n提示:(1)√.为了有效发射电磁波,减小了极板面积,使电容器变成了两条长的直导线,形成开放电路.(2)×.地波在传播过程中衍射能力较强且能量损失较多.(3)√.低频率的电信号不能直接向空间发射,必须把低频的电信号“加载”到高频振荡电流上再发射出去.\n三、无线电波的接收1.电磁谐振:当振荡电路的_________跟传播来的电磁波的频率相等时,电路里激起的感应电流最强.2.调谐:使接收电路产生_______的过程.3.调谐电路:能够调谐的_________.固有频率电谐振接收电路\n【判一判】(1)接收天线必须利用导体材料制作.()(2)利用接收天线接收到的信号可以直接还原成声音或图像.()\n提示:(1)√.电磁波能使导体中产生感应电流,不能使绝缘体中产生感应电流.(2)×.利用接收天线接收到的信号需要先经过解调才能还原成声音或图像.\n知识点一对电磁波的理解思考探究:无线电波、红外线、紫外线、X射线等都是电磁波.但是,无线电波主要应用于通讯,红外线主要应用于遥感、红外摄像和红外制导,紫外线主要应用于杀菌消毒,而X射线主要应用于透视,这是为什么呢?\n提示:这是由于不同波段的电磁波表现出不同的特性,性质决定它们的用途.\n【归纳总结】1.对电磁波的理解:(1)电磁波是一种物质,像电场、磁场一样,它是客观存在的真实物质,是物质存在的另一种形式.(2)电磁波具有能量,以电磁场的形式存在,也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播.\n(3)电磁波的能量与频率有关,频率越高,能量越大.(4)电磁波能传递信息.\n2.各种电磁波共性与个性的比较:(1)共性.①在本质上都是电磁波,它们的行为服从相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的界限.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.\n③传播都不需要介质.④都具有反射、折射、衍射和干涉的特性.⑤都是横波.\n(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,衍射能力越强;波长越短,穿透能力越强.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,折射率越大,速度越小.\n③应用范围不同.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射线用于检查金属部件的缺陷.\n【特别提醒】(1)不同频率的电磁波在同一种介质中的传播速度并不相同.(2)无线电波的波长较长,而可见光的波长很短,所以无线电波很容易发生明显的衍射现象,而可见光则不易发生明显的衍射现象.\n【典例示范】下列关于电磁波的说法中,正确的是()A.电磁波是纵波B.电磁波可以传递能量C.电磁波不能在真空中传播D.电磁波在任何介质中的传播速度都是3×108m/s\n【解题探究】(1)电磁波的振动方向与传播方向有什么关系?提示:相互垂直.(2)电磁波的传播需要介质吗?提示:不需要.\n【正确解答】选B.电磁波的传播方向与振动方向垂直,是横波,A错误;电磁波可以传递信息和能量,B正确;电磁波传播不需要介质,可以在真空中传播,C错误;电磁波在不同介质传播速度不同,在真空中的传播速度是3×108m/s,D错误.\n【过关训练】1.下列有关电磁波的说法中正确的是()A.电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波B.电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线C.频率接近可见光的电磁波沿直线传播D.以上说法都不正确\n【解析】选B.根据波的衍射条件,波长较长的无线电波容易产生显著的衍射现象,而波长很短的γ射线很难产生衍射现象,A错误,B正确,D错误;频率接近可见光的电磁波也可能发生衍射现象,C错误.\n2.关于电磁波,下列说法中正确的是()A.在真空中,频率越高的电磁波速度越大B.在真空中,电磁波的能量越大,传播速度越大C.电磁波由真空进入介质,速度变小,频率不变D.只要发射电路的电磁振荡停止,产生的电磁波立即消失\n【解析】选C.在真空中所有电磁波的传播速度都等于光速,与电磁波的频率、能量无关,故A、B错误.电磁波的频率由波源决定,电磁波由真空进入介质,频率不变,而波速减小,故C正确.当发射电路的电磁振荡停止时,只是不能产生新的电磁波,但已发出的电磁波不会立即消失,还要继续传播一段时间,故D错误.\n【补偿训练】1.下列说法正确的是()A.只有物体温度较高时,才能向外辐射红外线B.紫外线的主要作用是化学作用C.可见光比红外线容易发生衍射现象D.X射线在磁场中偏转,穿透力较强,可用来进行人体透视\n【解析】选B.一切物体都可以向外辐射红外线,A错误;紫外线的主要作用是化学作用,如很容易让底片感光、病房利用紫外线来消毒等,B正确;可见光比红外线的波长短,所以红外线较容易发生衍射现象,C错误;X射线属于电磁波中的一部分,不带电,所以X射线不能在磁场中发生偏转,D错误.\n2.关于电磁波的特性和应用,下列说法正确的是()A.红外线具有很强的穿透本领,常用来在医学上做人体透视B.适量的紫外线照射有利于人的健康C.紫外线热效应显著,制成了紫外线炉D.γ射线最容易用来观察衍射现象\n【解析】选B.红外线具有很强的热效应,制成了红外线炉,穿透能力很差,A、C项错;适量的紫外线照射有利于人的健康,过量照射有害身体健康,B项对;γ射线波长很短,不容易用来观察衍射现象,D项错.\n【规律方法】巧记电磁波谱的性质(1)电磁波谱中都是电磁波,在真空中传播速度相等,都等于光速.(2)电磁波谱中都是波,具有波的一切特性.例如,反射、折射、干涉、衍射等.(3)由于频率和波长不同,各自特性又有所不同,波长越长衍射现象越明显,频率越高能量越大.\n知识点二电磁波的发射与接收思考探究:如图是中国移动通信发射天线和卫星接收天线.\n(1)为什么发射天线做成金属杆状?(2)接收天线接收电磁波的原理是什么?提示:(1)是为了有效发射电磁波,形成开放电路.(2)电谐振原理.\n【归纳总结】1.电磁波的发射——调制:信息转化为电信号后,往往由于信号频率低、能量低不能直接用来发射,需要把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上再发射出去,相当于把货物搭载到火车或飞机上,这就是调制.调制的方式又可分为调频和调幅.\n2.电磁波的接收:(1)原理:电磁波在空间传播时,如果遇到导体,会使导体产生感应电流,感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同.因此,利用放在电磁波传播空间中的导体,就可以接收到电磁波.\n(2)调谐:空中有许多不同频率的电磁波在传播,为了接收到我们需要的电磁波,要调整接收电路的固有频率,使之与我们需要的电磁波的频率相同(产生电谐振),这就是调谐.\n(3)解调:从接收到的高频电流中“检”出所携带的信号,相当于把运到目的地的货物从火车、飞机等运载工具上卸载下来,这就是解调.解调是调制的逆过程,又叫检波.\n【特别提醒】(1)电磁波的主要用途是传递信息,而不是为了发射而发射.(2)调谐是调整接收电路的固有频率,使之与需要的电磁波频率相同;调制是把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上;解调是从接收到的高频电磁波中“检”出所携带的信号.\n【典例示范】(多选)下列说法正确的是()A.电磁波信号需要经过“调谐”,加到高频的等幅电磁波(载波)上才能有效的发射出去B.一部手机既是电磁波发射装置,同时又是电磁波接收装置C.“检波”就是“调谐”D.电视的图像信号和声音信号是通过电视台的发射天线同时发射的\n【解题探究】(1)电磁波发射和接收的原理是什么?提示:电磁波信号首先经过“调制”过程加到高频等幅电磁波(载波)上才能通过发射装置发射出去,接收装置通过“调谐”有选择的把需要的电磁波接收下来,然后通过“检波”把需要的信号从电磁波中分离出来.\n(2)电视的图像信号和声音信号是通过什么进行传播的?提示:电视的图像信号和声音信号都是依靠电磁波进行传播的.\n【正确解答】选B、D.电磁波信号需要经过“调制”过程加到高频的等幅电磁波(载波)上才能有效的发射出去,A错误;手机要接收信号,也要发射信号,所以它既是电磁波发射装置,同时又是电磁波接收装置,B正确;检波是将需要的信号从加载的电磁波中分离出来的过程,调谐是选择所需要接收的电磁波,C错误;图像信号和声音信号都加载在电磁波上由发射天线同时发射,D正确.\n【过关训练】1.实际发射无线电波的过程如图所示.高频振荡器产生高频等幅振荡电流如图甲所示,人对着话筒说话时产生低频信号如图乙所示.根据图像,发射出去的电磁波图像应是()\n\n【解析】选B.低频信号不能直接发射,必须把低频的电信号“加载”到高频等幅振荡电流上才能发射出去,故选B.\n2.关于无线电波的发射过程,下列说法不正确的是()A.必须对信号进行调制B.必须使信号产生电谐振C.必须把传输信号加到高频电流上D.必须使用开放回路\n【解析】选B.电磁波的发射过程中,必须要把低频输入信号进行调制,加在高频等幅载波上才能发射出去,A、C正确;为了有效地向外发射电磁波,必须使电路开放,D正确;产生电谐振的过程是在接收无线电波,B错误.故选B.\n3.(多选)关于移动电话,下列说法正确的是()A.随身携带的移动电话(手机)内,只有无线电接收装置,没有无线电发射装置B.随身携带的移动电话(手机)内,既有无线电接收装置,又有无线电发射装置C.两个携带手机的人,可以不通过固定的基地台转接,相互通话\nD.无线寻呼机(BP机)内只有无线电接收装置,没有无线电发射装置\n【解析】选B、D.由于手机既能听到对方说话,又能说话让对方听到,因而它既是发射装置又是接收装置,A错误,B正确;寻呼机只能接收外来信号,不能向外发射信号,D正确;手机信号必须经过基地台处理转接才能收到,C错误.\n【补偿训练】关于电磁波的发射和接收,下列说法中正确的是()A.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,必须是开放电路B.低频的声音、图像电信号能直接用来发射电磁波C.当接收电路的固有振幅与收到的电磁波的振幅相同时,接收电路产生的振荡电流最强D.要使电视机的屏幕上有图像,必须要有调制过程\n【解析】选A.有效发射电磁波,必须采用开放电路和高频发射,A项对、B项错;当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的振荡电流最强,C项错;电视机显示图像时,必须通过检波过程,把有效的信号从高频信号中取出来,否则就不能显示,D项错.\n【误区警示】两组相近概念的辨析(1)调频和调幅:这是调制的两种方式,使电磁波的频率随信号改变的调制方式叫调频;使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅.(2)调制和解调:把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫作调制;把低频电信号从高频载波中检出来叫解调,是调制的逆过程.\n【拓展例题】考查内容:电磁波的应用——雷达测距【典例示范】某雷达站正在跟踪一架飞机,此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来.某一时刻雷达发射出一个雷达波脉冲,经过2×10-4s后收到反射波;再隔0.8s后再发出一个脉冲波,经过1.98×10-4s收到反射波,问:(1)雷达波是超声波还是电磁波?波速为多少?(2)若雷达波的频率为1.5×1010Hz,此波的波长为多少?(3)飞机的飞行速度为多少?\n【正确解答】(1)雷达波是电磁波,其波速等于光速,即v=3.0×108m/s.(2)λ==0.02m(3)s1=c××3.0×108×2×10-4m=3×104ms2=c××3.0×108×1.98×10-4m=2.97×104mv==375m/s\n答案:(1)电磁波3.0×108m/s(2)0.02m(3)375m/s\n\n答案速填:①②　③磁场　④电场⑤电磁波　⑥足够高　⑦较大　⑧调幅　⑨调频⑩λf⑪空间波⑫电谐振⑬紫外线⑭γ射线