高二物理课件 14.4 电磁波与信息化社会 14.5 电磁波谱 （人教版选修3-4）

\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n一、走进科学，了解雷达1.雷达的原理利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性.\n2.构造及特点一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成.(1)雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端；(2)雷达使用的无线电波是直线性能好、反射性能强的微波波段；(3)雷达发射的是不连续的无线电波，即脉冲，每次发射时间短于1μs，两次发射的时间间隔约为0.1ms；(4)障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来.\n3.应用探测飞机、导弹等军事目标；可以用于导航；天文学上研究星体；在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云等.\n当反射波形与发射波形对应的时间间隔等于发射脉冲的时间间隔时，雷达的侦察距离最大，s=c·\n【典例1】某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4s,某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图(a)所示，t=173s后雷达向正上方发射和接收的波形如图(b)所示，雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔为10-4s，电磁波的传播速度为c=3×108m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？\n【解题指导】\n【标准解答】由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0=10-4s，(a)图发射波和接收波的时间间隔t1=4×10-4s，(b)图时间间隔t2=1×10-4s，所以第一次飞机位置距雷达的距离为s1=c×=6.0×104m，第二次飞机在雷达正上方，所以飞机高度h=c·=1.5×104m，所以173s内飞机飞行的水平距离为s==5.8×104m，所以v==335m/s.答案：335m/s\n【规律方法】雷达侦察问题的解决方法电磁波在空中的传播可认为等于真空中的光速c，由波速、波长和频率三者间的关系可求得频率.根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必须在下一个发射波发出前到达雷达接收器.可见，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间隔时间内传播距离的一半.\n(1)当反射波形与发射波形对应的时间间隔等于发射脉冲的时间间隔时，雷达的侦察距离最大，(2)要增大雷达的最大侦察距离，必须相应地延长发射脉冲的时间间隔，即减少每秒发射的脉冲数.(3)因电磁波在传播过程中不可避免地要损失能量，因此要提高雷达的侦察能力，增大最大侦察距离，最根本的还在于提高雷达的发射功率.\n【变式训练】对于雷达指示器的荧光屏上出现的尖形波如图所示，下列说法正确的是()\n①两个尖形波都是雷达向目标发射的无线电波形成的②两个尖形波都是雷达收到反射回来的无线电波形成的③第一个尖形波是雷达向目标发射的无线电波形成的④第二个尖形波是雷达收到反射回来的无线电波形成的A．①②B．②③C．③④D．①【解析】选C.第一个尖形波振幅大能量大，是发射的无线电波形成的，第二个尖形波振幅小，能量小，是反射回来的无线电波形成的.\n二、各种电磁波共性和个性的比较\n1.共性(1)它们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意义.(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.(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性.\n2.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.(2)同频率的电磁波，在不同介质中速度不同.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.\n(3)产生机理不同\n(4)用途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等.\nX射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力最强，X射线能穿透人体，通常用作人体透视，而γ射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以作探测金属内部缺陷的射线.\n【典例2】(2011·东营高二检测)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．频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播D．以上说法都不正确\n【解题指导】\n【标准解答】选B、C.波长越长，越容易发生衍射现象，在电磁波中，无线电波波长最长，γ射线的波长最短，故选项A错误，B正确；波长越短，频率越大的电磁波，其衍射现象不明显，传播的直线性越好，故C项正确.\n【变式训练】雷达是用来对目标进行定位的现代化定位系统，海豚也具有完善的声呐系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，远远优于现代化的无线电系统.海豚的定位、雷达的定位分别利用了自身发射的()A．电磁波次声波B．红外线光线C．次声波红外线D．超声波电磁波\n【解析】选D.海豚能发射超声波，它是一种频率高于2×104Hz的声波，它的波长非常短，因而能定向发射，而且在水中传播时因能量损失小，要比无线电波和广播传播得远.海豚就是靠自身发出的超声波的回声来在混浊的水里准确确定远处小鱼的位置而猛冲过去吞食.雷达是一个电磁波的发射和接收系统，因而是靠发射电磁波来定位的.\n【典例】电磁波给人们的生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染.长期使用如图所示的通讯装置，会对人体健康产生影响的是()\n【标准解答】选C.移动电话是通过电磁波来传递信息的,长期使用会对人体的健康产生影响.摇柄电话、拨号电话、按键电话都是通过导线中的电流进行传播的，没有电磁波的污染，故选C.\n【变式备选】关于电磁波在真空中的传播速度，下列说法中正确的是()A．频率越高，传播速度越大B．波长越大，传播速度越大C．电磁波的能量越大，传播的速度越大D．频率、波长、能量强弱都不影响电磁波的传播速度【解析】选D.电磁波在真空中的传播速度为3.0×108m/s，与频率、波长、能量强弱均无关，故应选D.\n一、选择题1．古代也采用过“无线”通信的方式，如利用火光传递信息的烽火台，利用声音传递信号的鼓等，关于声音与光，下列说法中正确的是()A．声音和光都是机械波B．声音和光都是电磁波C．声音是机械波，光是电磁波D．声音是电磁波，光是机械波【解析】选C.声音必须在介质中传播，是机械波；光可以在真空中传播，是电磁波.\n2．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→图象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象的关键部分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景象【解析】选A、C、D.电视信号的发射和接收过程中，信号在不断发生变化，在这个变化中关键是显像管的作用，视觉暂留使我们看到物体在动.\n3．利用雷达测云层距我们观察点的距离时，电磁波从发射到接收共经历时间10-3s，则该云层离观测点多远()A．100kmB．200kmC．150kmD．250km【解析】选C.根据公式s=vt可以得，s=3.0×108××10-3m=1.5×105m.\n4．在电磁波中，波长按从长到短顺序排列的是()A．无线电波、可见光、红外线B．无线电波、可见光、γ射线C．红光、黄光、绿光D．紫外线、X射线、γ射线【解析】选B、C、D.电磁波中，波长按从长到短排列的是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.可见光中，按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序波长越来越短.故选项B、C、D正确.\n5．在电磁波中，下列说法正确的是()A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限B．γ射线的频率一定大于X射线的频率C．X射线的波长有可能等于紫外线波长D．可见光波长一定比无线电波的短【解析】选C、D.X射线与γ射线，X射线与紫外线的界限并不明显.\n6．(2011·东城区高二检测)北京时间2003年10月29日，太阳风暴袭击地球，太阳日冕抛射的大量带电粒子流击中地球磁场，产生了强磁暴.当时不少地方出现了绚丽多彩的极光，太阳风暴袭击地球时，不仅会影响通信，威胁卫星，而且会破坏臭氧层.臭氧层作为地球的保护伞，是因为臭氧层能吸收太阳辐射中()A．波长较短的可见光B．波长较长的可见光C．波长较短的紫外线D．波长较长的红外线\n【解析】选C.臭氧层的主要作用就是吸收由太阳射向地球的紫外线，从而有效地对地球上的动植物起保护作用.故正确选项是C.\n7．(2011·太原高二检测)某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号，家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则()A．f1＞f2＞f3＞f4B．f1＜f2＜f3＜f4C．f1＜f2＜f3＞f4D．f1＞f2＜f3＜f4\n【解析】选B.电磁波范围很广，由于波长不同，特性不同，可按波长由长到短依次排列如下：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.由此可知B选项正确.\n二、非选择题8．在电视信号发送和接收的过程中，要用到许多电学元件，将元件名称和它们在电路中的作用连接起来.摄像机将声信号还原后放出话筒向空中发送电磁波发送天线接收空中的电磁波显像管将光信号转变为电信号扬声器将声信号转变为电信号接收天线将电信号转变为光信号\n【解析】\n9．“为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑.”这句提醒警示语是乘坐过飞机的游客都听到过的，因为有些空难就是由于某些乘客在飞行的飞机中使用手机造成的.2001、2002年都出现过此类问题，2003年某机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机，使飞机降落偏离了8度，险些造成事故.请问为什么在飞机上不能使用手机和手提电脑呢(包括游戏机)？【解析】由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上的导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强.\n10.(2011·扬州高二检测)某雷达工作时，发射电磁波的波长λ=20cm，每秒脉冲数n=5000，每个脉冲持续时间t=0.02μs，问电磁波的振荡频率为多少？最大的侦察距离是多少？\n【解析】电磁波在空中的传播速度可以认为等于真空中的光速c，由波速、波长和频率三者间的关系可求得频率，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必须在后一个发射波发出前到达雷达接收器，可见，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间隔时间内的传播距离的一半.由c=λf可得电磁波的振荡频率电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离s=c·Δt=c(-t)=6×104m，所以雷达的最大侦察距离s′==3×104m.\n【方法技巧】雷达测距问题分析方法解答雷达测距问题的关键是理解雷达测距原理.应用公式求位移的主要问题是通过题目已知及分析得出发出脉冲与接收脉冲之间的时间间隔.\nThankyou!\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全