電磁波譜
在我們身邊到處都有電磁波的影子，它的應(yīng)用更是比比皆是。下面列出的設(shè)備中工作時所發(fā)出的波，哪些屬于電磁波？
（1）微波爐加熱食物時發(fā)出的波。
（2）電視發(fā)射塔發(fā)出的波。
（3）互聯(lián)網(wǎng)光纜中傳播的波。
（4）電視機遙控器發(fā)出的波。
提示：均屬于電磁波。
1.概念：
按電磁波的波長大小或頻率高低的順序把它們排列成譜。
2.電磁波譜的排列：
按波長由長到短依次為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。
3.不同電磁波的特點及應(yīng)用：
4.電磁波的能量：
各種各樣的儀器能夠探測到許許多多電磁波，說明電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)。
5.太陽輻射的特點：
太陽輻射的能量集中在可見光、紅外線和紫外線三個區(qū)域，在眼睛最敏感的黃綠光附近，輻射的能量最強。
（1）電磁波按照頻率由高到低依次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。（×）
（2）電磁波的波長越長，相同時間傳遞的信息量越大。（×）
（3）太陽輻射的能量集中在紅外線、可見光、紫外線三個區(qū)域。（√）
（4）各種電磁波在本質(zhì)上是一樣的，都能夠發(fā)生反射、折射、衍射和干涉。（√）
（5）X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變。（√）
關(guān)鍵能力·合作學(xué)習(xí)
知識點一 各種電磁波的特性
1.電磁波譜及其特性：
2.電磁波的共性：
（1）它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義。
（2）都遵守公式v＝λf，它們在真空中的傳播速度都是c＝3.0×108 m/s。
（3）它們的傳播都不需要介質(zhì)。
（4）它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
3.電磁波的個性：
（1）不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長越長越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短穿透能力越強。
（2）同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中傳播速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播時，頻率越大折射率越大，傳播速度越小。
（1）為了避免敵軍的雷達發(fā)現(xiàn)我們戰(zhàn)機的行蹤，人們研制了隱形戰(zhàn)機。我們用肉眼能不能看到隱形戰(zhàn)機？為什么？
提示：能看到。隱形戰(zhàn)機不反射敵方雷達的探測波，對雷達“隱形”。但可以反射可見光，肉眼能直接看到。
（2）紅外線的頻率比可見光的頻率高還是低？根據(jù)電磁波譜上的位置說說它為什么叫紅外線？用肉眼能不能觀察到紅外線？
提示：紅外線的頻率低于可見光。在電磁波譜上紅外線處在可見光紅光的外側(cè)，所以叫紅外線。紅外線不屬于可見光，用肉眼不能觀察到紅外線。
【典例】下列有關(guān)電磁波的特性和應(yīng)用，說法正確的是（ ）
A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體
B．過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康
C．電磁波中頻率最大的為γ射線，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象
D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光
【解析】選D。X射線有很高的穿透本領(lǐng)，醫(yī)學(xué)上常用于透視人體，紅外線不能，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為γ射線，其波長最短，最不容易發(fā)生衍射，C錯誤；紫外線和X射線都可以使感光底片感光，D正確。
電磁波的特點和應(yīng)用
牢記電磁波譜中不同的電磁波（如紅外線、紫外線、X射線、γ射線）的特點和應(yīng)用，以及電磁波譜中波長、頻率的變化規(guī)律，如頻率越高，波長越短，穿透性越強，波動性越弱；頻率越低，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，波動性越強，穿透性越弱。
1.（多選）關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是（ ）
A．電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)象的是無線電波
B．紅外線、紫外線、可見光是原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的
C．倫琴射線和γ射線是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的
D．紅外線的顯著作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線
【解析】選A、B。波長越長的無線電波波動性越顯著，干涉、衍射現(xiàn)象易發(fā)生；從電磁波產(chǎn)生的機理可知γ射線是原子核受激發(fā)后產(chǎn)生的，紅外線、紫外線、可見光是原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的；不論物體溫度高低如何，都能輻射紅外線，物體的溫度越高，它輻射的紅外線越強。選項A、B正確。
2.（2021·遼陽高二檢測）關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說法正確的是（ ）
A．發(fā)射無線電波時需要對電磁波進行調(diào)制和解調(diào)
B．電視機的遙控器發(fā)射紫外線
C．電磁波中頻率最大的為γ射線，用它最容易觀察到衍射現(xiàn)象
D．雷達使用微波是因為微波波長較短能沿直線傳播
【解析】選D。發(fā)射無線電波時，需要對電磁波進行調(diào)制，而解調(diào)是接收電磁波的過程，故A錯誤；電視機的遙控器發(fā)射紅外線，故B錯誤；γ射線波長最小，所以不容易觀察到衍射現(xiàn)象，故C錯誤；雷達使用微波是因為微波波長較短能沿直線傳播，D正確。
【加固訓(xùn)練】
關(guān)于電磁波下列說法正確的是（ ）
A．麥克斯韋通過實驗驗證了“變化的電場產(chǎn)生磁場”和“變化的磁場產(chǎn)生電場”，并證實了電磁波的存在
B．醫(yī)院里常用X射線照射病房和手術(shù)室進行消毒
C．一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)
D．電磁波的傳播需要介質(zhì)，其在介質(zhì)中的傳播速度等于光速
【解析】選C。麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗證明了電磁波的存在且測得了波速，A錯誤；X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體，對人體有輻射，故不能用來消毒，B錯誤；我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與溫度有關(guān)，C正確；電磁波本身就是一種物質(zhì)，傳播不需要介質(zhì)，電磁波在真空中的傳播速度等于光速， D錯誤；故選C。
【拓展例題】考查內(nèi)容：電磁波與機械波的比較
【典例】（多選）關(guān)于機械波與電磁波，下列說法正確的是（ ）
A．電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但不能通過電纜、光纜傳輸
B．電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象
C．簡諧機械波在給定的介質(zhì)中傳播時，振動的頻率越高，則波傳播速度越大
D．紫外線在水中的傳播速度小于紅外線在水中的傳播速度
【解析】選B、D。光是一種電磁波，光可在光導(dǎo)纖維中傳播，故A錯誤；衍射是一切波都具有的現(xiàn)象，電磁波是橫波，只要是橫波就能發(fā)生偏振現(xiàn)象，故B正確；簡諧機械波的傳播速度取決于介質(zhì)與振動的頻率無關(guān)，故C錯誤；對同一介質(zhì)紫外線比紅外線的折射率大，故紫外線比紅外線在水中的傳播速度小，故D正確；故選B、D。
情境·模型·素養(yǎng)
在電視節(jié)目中，我們經(jīng)常看到主持人與被派到熱帶地區(qū)的記者通過同步通信衛(wèi)星通話，他們之間每一問一答總是遲“半拍”。
探究：
（1）為什么會慢“半拍”？
（2）如果地面上有兩個手持衛(wèi)星電話的人通過同步衛(wèi)星通話，一方講話，另一方至少要等多長時間才能聽到對方的講話？（已知地球的質(zhì)量為6.0×1024 kg，地球半徑為6.4×106 m，引力常量為6.67×10－11 N·m2·kg－2）
【解析】（1）主持人與記者之間通話的慢“半拍”是因為電磁波是以有限的速度在空中傳播的。
（2）利用電磁波傳遞信息是需要時間的，設(shè)同步衛(wèi)星高度為H，由萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力，即 eq \f(GMm,（R＋H）2) ＝m eq \f(4π2,T2) （R＋H），H＝ eq \r(3,\f(GMT2,4π2)) －R＝3.6×107 m，則一方講話另一方聽到所需的最少時間是t＝ eq \f(2H,c) ＝0.24 s。
答案：（1）電磁波傳遞信息也是需要時間的 （2）0.24 s
科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍。電磁波的應(yīng)用也是這樣，它在使人類的生活發(fā)生日新月異變化的同時也存在副作用——電磁污染。頻率超過0.1 MHz的電磁波的強度足夠大時就會對人體構(gòu)成威脅。按照有關(guān)規(guī)定，人體所受到的電磁輻射強度（即單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的電磁波的能量）不得超過某一規(guī)定值Ie。已知某無線通信設(shè)備發(fā)射電磁波的功率為P，設(shè)該通信設(shè)備向四面八方均勻地發(fā)射電磁波，且電磁波在傳播過程中無能量損失。由數(shù)學(xué)知識可知，球面的面積S＝4πr2（式中r為球半徑），球半徑與球面總是垂直的。
探究：
根據(jù)上述資料，可估算出人體到該通信設(shè)備發(fā)射電磁波處的安全距離至少應(yīng)為多少時，人體所受的電磁輻射強度才不會超過規(guī)定值？
【解析】設(shè)人到發(fā)射電磁波處的距離為r，以發(fā)射電磁波處為球心，以r為半徑作一球面，若球面上電磁波的輻射強度為Ie，則4πr2Ie＝P，所以r＝ eq \r(\f(P,4πIe)) ，即人離波源的距離至少為 eq \r(\f(P,4πIe)) 才是安全區(qū)。
答案： eq \r(\f(P,4πIe))
課堂檢測·素養(yǎng)達標(biāo)
1.電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應(yīng)用了，下面正確的是（ ）
A．機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀是利用X射線的穿透本領(lǐng)
B．銀行的驗鈔機和家用電器的遙控器發(fā)出的光都是紫外線
C．微波爐能快速加熱食物是利用紅外線具有顯著的熱效應(yīng)
D．手機通話使用的微波，波長比可見光短
【解析】選A。機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀是利用X射線的穿透本領(lǐng)；故A正確；遙控器采用的是紅外線不是紫外線；故B錯誤；微波爐是利用了微波的頻率與食物中水的頻率相接近，從而使水振動而發(fā)熱的；故C錯誤；手機通話使用的無線電波，其波長要大于可見光；故D錯誤；故選A。
2.現(xiàn)代軍事行動中，士兵都配戴“紅外夜視儀”，在夜間也能看清目標(biāo)，主要是因為（ ）
A．“紅外夜視儀”發(fā)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(fā)射出γ射線，被射物體受到激發(fā)而發(fā)出紅外線
【解析】選B。一切物體都在不停地向外輻射紅外線，不同物體輻射出來的紅外線不同，采用紅外線接收器，可以清楚地分辨出物體的形狀、大小和位置，不受白天和夜晚的影響，確認出目標(biāo)可以采取有效的行動，故B符合題意。
3.（多選）關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是（ ）
A．在真空中各種電磁波的傳播速度都相同
B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高
C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射
D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線
【解析】選A、B。電磁波在真空中的速度都為3.0×108 m/s，故A正確；γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高，故B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長逐漸減小，頻率逐漸增大，而波長越大，波動性越強，越容易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，因此紫光比紫外線更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，無線電波最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C、D錯誤。
【加固訓(xùn)練】
（多選）下列說法中正確的是（ ）
A．新冠肺炎診斷中，要用X光掃描肺部，是因為在電磁波中X光的穿透能力最強
B．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃的反射光
C．泊松亮斑是光通過圓孔發(fā)生衍射時形成的
D．一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)
【解析】選B、D 。醫(yī)院用X光進行透視，是因為它是各種電磁波中穿透能力較強的，γ射線穿透能力最強，故A錯誤；玻璃表面的反射光是偏振光，拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，加偏振片的作用是減弱玻璃表面的反射光的強度，故B正確；泊松亮斑是光通過不透明的小圓盤發(fā)生衍射時形成的，故C錯誤；一切物體都在輻射紅外線，紅外線屬于電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，故D正確。故選B、D。
4.太陽表面溫度約為6 000 K，主要發(fā)出可見光； 人體溫度約為310 K，主要發(fā)出紅外線；宇宙間的溫度約為3 K，所發(fā)出的輻射稱為“3 K背景輻射”，它是宇宙“大爆炸”之初在空間上保留下的余熱。若要進行“3 K背景輻射”的觀測，應(yīng)該選擇的波段是（ ）
A．無線電波 B．紫外線 C．X射線 D．γ射線
【解析】選A。電磁波譜按波長由長到短的順序排列為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。由題意知物體溫度越高，其發(fā)出的電磁波的波長越短，宇宙間的溫度約為3 K， 則其發(fā)出的電磁波的波長應(yīng)在無線電波波段，A正確。
5.某一戰(zhàn)斗機正以一定的速度朝雷達的正上方水平勻速飛行，已知雷達發(fā)射相鄰兩次電磁波之間的時間間隔為5×10－4 s，某時刻在雷達熒光屏上顯示的波形如圖（a）所示，t＝173 s后雷達向正上方發(fā)射和接收的波形如圖（b）所示，雷達監(jiān)視相鄰刻線間表示的時間間隔為10－4 s，電磁波的傳播速度為c＝3×108 m/s，則該戰(zhàn)斗機的飛行速度大約為多少？
【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點
（1）戰(zhàn)斗機與雷達的位置關(guān)系；
（2）戰(zhàn)斗機和雷達的距離與飛機位移的關(guān)系。
【解析】由題意知熒光屏相鄰刻線間的時間間隔t0＝10－4 s，（a）圖發(fā)射波和接收波的時間間隔t1＝4×10－4 s，（b）圖時間間隔t2＝1×10－4 s，所以第一次戰(zhàn)斗機位置距雷達的距離為s1＝c× eq \f(t1,2) ＝6.0×104 m，第二次戰(zhàn)斗機在雷達正上方，所以戰(zhàn)斗機高度h＝c× eq \f(t2,2) ＝1.5×104 m，所以173 s內(nèi)戰(zhàn)斗機飛行的水平距離為s＝ eq \r(s eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) －h(huán)2) ＝5.8×104 m，所以v＝ eq \f(s,t) ＝335 m/s。
答案：335 m/s特點
用途
無線
電波
波動性強
廣播和通訊，天體衛(wèi)星研究
紅外線
熱作用強
紅外線攝影
紅外線遙感
可見光
感光性強
復(fù)色光波長
（紅）（紫）
（頻率）
沒有大氣；天空藍色 eq \(――→,\s\up7(原因)) 短波散射；傍晚陽光紅色 eq \(――→,\s\up7(原因)) 短波吸收
紫外線
化學(xué)作用
熒光效應(yīng)
滅菌消毒，促進人體對鈣的吸收，利用熒光效應(yīng)防偽
X射線
穿透力強
檢查、探測、透視、治療
γ射線
穿透力最強
治療疾病、探測金屬部件內(nèi)部缺陷
電磁
波譜
無線
電波
紅外線
可見光
紫外線
X射線
γ射線
波長
大于
1 mm
大于
760 nm
760～
400 nm
370～
5 nm
波長更短
波長最短
宏觀產(chǎn)
生機理
LC電路
一切物體
都不停地
發(fā)射紅
外線
太陽或
光源
高溫物體
發(fā)出的光
含有紫
外線
高速粒子
流撞擊固
體物質(zhì)時
產(chǎn)生
核輻射
微觀
產(chǎn)生
機理
振蕩電路
中的電子
運動
原子的外層電子受到激發(fā)
原子內(nèi)層
電子受到
激發(fā)
原子核
受到激發(fā)
主要
特征
波動
性強，
易衍射
熱作用強
引起
視覺、
感光作用
化學(xué)
作用、
熒光效應(yīng)
穿透能
力強
穿透能力
最強
主要
用途
通信、廣
播、導(dǎo)航
加熱、遙
測、遙感、
紅外攝
影、夜視
照明、
照相
日光燈、
滅菌消毒
檢查、探
測、透視
探測、
醫(yī)療

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