高中物理 第三章 電磁振蕩與電磁波 第四節(jié) 電磁波譜學(xué)案（含解析）粵教版選修3-4

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1、 第四節(jié)　電磁波譜 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點難點 1．能說出電磁波譜的組成． 2．能說出各波段的電磁波的主要性質(zhì)及應(yīng)用． 3．能說出各波段的電磁波的產(chǎn)生機理． 重點：紅外線、紫外線、X射線、γ射線的主要特性及應(yīng)用． 難點：紅外線、紫外線、X射線、γ射線的產(chǎn)生機理． 一、光是電磁波 光的電磁說：麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并且發(fā)現(xiàn)從理論上推算出電磁波在真空中的傳播速度和當(dāng)時用實驗測得的光速非常接近，提出了光的電磁說． 赫茲做了大量的實驗，不僅證實了電磁波的存在，而且證實了電磁波像光一樣也能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象，測出了電磁波的頻率和波長．算出了電磁波的傳播速度，

2、驗證了真空中電磁波的傳播速度確實與光速相同． 二、電磁波譜 1．電磁波譜 將各種電磁波按波長由大到小的順序排列起來，就構(gòu)成了電磁波譜：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線． 2．各種電磁波的產(chǎn)生機理 （1）無線電波是自由電子振蕩產(chǎn)生的； （2）紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的； （3）X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的； （4）γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的． 3．各種電磁波的特性及應(yīng)用 （1）紅外線：①波長比可見光中的紅光的波長還長．不能引起人的視覺，是不可見光；②一切物體都在不停地輻射紅外線，且溫度越高，輻射的紅外線的強度越大；③紅

3、外線的主要作用有熱效應(yīng)． （2）紫外線：①波長比可見光中的紫光波長還短，不能引起人的視覺；②主要作用：熒光作用、殺菌消毒和促進人體合成維生素D． （3）X射線（倫琴射線）：①波長比紫外線波長還短；②高速電子流射到任何固體上都能產(chǎn)生X射線；③特點為穿透能力較強，常用于人體透視和金屬探傷． 預(yù)習(xí)交流 請簡要說明人們不接受紫外線照射、少量照射和大量照射后會產(chǎn)生什么結(jié)果． 答案：少量照射紫外線能殺菌，增強人體抗病能力，并通過皮膚產(chǎn)生維生素D，有益人體健康．不照射紫外線，皮膚內(nèi)膽固醇不易轉(zhuǎn)化為維生素D，從而影響鈣和磷的吸收．但若大量照射紫外線，會傷害皮膚，甚至使人體遺傳物質(zhì)脫氧核糖核酸受到損害

4、，破壞其基因，使正常細胞蛻變?yōu)榘┘毎?，過量的紫外線還會引起角膜炎、白內(nèi)障等疾?。? 一、光的電磁說 對光是電磁波的認識經(jīng)歷了漫長而曲折的過程，試簡略敘述人們對光的電磁說的認識過程． 答案：17世紀(jì)中葉，荷蘭物理學(xué)家惠更斯提出了光的波動說，認為光是空間傳播的一種波；19世紀(jì)初，光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象相繼被發(fā)現(xiàn)，證明光是一種波；19世紀(jì)60年代，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，發(fā)現(xiàn)理論上推算出的電磁波在真空中的傳播速度和當(dāng)時實驗測得的光速非常接近，他敏銳地意識到光和電磁波之間有著本質(zhì)的聯(lián)系，于是提出了光的電磁說，認為光是一種電磁波；1886—1888年間赫茲通過實驗證實了電磁波的存在

5、，并且證實電磁波像光一樣也能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象，并測出了電磁波的頻率和波長，算出了電磁波的傳播速度，驗證了真空中電磁波的傳播速度確實與光速相同． 關(guān)于光，以下說法正確的是（　?。? A．光和機械波本質(zhì)相同，因為都能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象 B．光與電磁波有本質(zhì)聯(lián)系，因為它們產(chǎn)生機理完全相同 C．光本質(zhì)上是一種電磁波 D．光和電磁波在真空中的傳播速度不同 答案：C 解析：光是電磁波，不同于機械波，光能在真空中傳播，而機械波不能在真空中傳播，光本質(zhì)上是電磁波，它們在真空中傳播速度相同，但它們的產(chǎn)生機理又各不相同，故A、B、D錯誤，C正確． 1．光具有波動性

6、，能發(fā)生干涉、衍射、反射和折射等現(xiàn)象． 2．光和機械波有本質(zhì)區(qū)別，光本質(zhì)上是一種電磁波． 3．光和電磁波在真空中的傳播速度相同． 二、電磁波譜 1．許多動物具有發(fā)達的紅外感受器官，因此在夜間也可以“看到”物體．你知道哪些動物有這方面的能力嗎？ 答案：主要是蛇類具有這方面的能力． 2．天空為什么是亮的，看起來是藍色的，而傍晚的陽光卻比較紅？ 答案：由于大氣把陽光向四面八方散射，所以看到天空是亮的．在沒有大氣的太空，即使太陽高懸在空中，它周圍的天空也是黑暗的．由于波長較短的光比波長較長的光更容易被大氣散射，所以天空看起來是藍色的．大氣對波長較短的光吸收能力比較強，傍晚的陽光在穿過

7、厚厚的大氣層時，藍光、紫光大部分被吸收掉了，剩下紅光、橙光通過大氣射入我們的眼睛，所以傍晚的陽光比較紅． 3．哪些現(xiàn)象能說明電磁波具有能量？試舉例說明． 答案：例如，放在紅外線區(qū)域的溫度計升溫很快；γ射線具有很強的貫穿能力等． 4．我們根據(jù)什么說電磁波是一種物質(zhì)？ 答案：從電磁波可以脫離電荷獨立存在、不需借助介質(zhì)傳播、具有能量三個方面可知，電磁波和實物粒子一樣，是一種物質(zhì)，這是人們對于物質(zhì)認識的一個重大發(fā)現(xiàn)． 5．自從1888年赫茲通過一系列實驗證實了電磁波的存在之后，時至今日，不僅證明了光波是電磁波，而且發(fā)現(xiàn)并證明了紅外線、紫外線、X射線、γ射線等均是不同頻率范圍內(nèi)的電磁波．科學(xué)研

8、究證明電磁波是一個大家族．把它們按波長（或頻率）順序排列就構(gòu)成了電磁波譜．試按照波長從長到短的順序?qū)懗鲭姶挪ㄗV并說明各部分的特性． 答案：①無線電波——波長從30千米到10－3米左右，用于導(dǎo)航和無線電廣播；②微波——波長從10米到10－3米，多用于雷達或其他通訊系統(tǒng)；③紅外線——波長從10－3米到7.7×10－7米，紅外線的熱效應(yīng)特別顯著；④可見光——波長440～770納米，人眼能感光的一個極狹窄的波段；⑤紫外線——波長從4×10－7米到5×10－9米，有顯著的熒光效應(yīng)和殺菌作用；⑥X射線——有較強的穿透能力；⑦γ射線——它們有很強的穿透能力． 關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是（　?。?/p>

9、． A．γ射線的頻率一定大于X射線的頻率 B．紫外線的波長一定小于紅外線的波長 C．X射線的頻率一定高于紫外線的頻率 D．紫外線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)而產(chǎn)生的 點撥：對于各種頻率波的特點及產(chǎn)生機理要熟記． 答案：B 解析：由電磁波譜中的頻率關(guān)系可知：γ射線的頻率不一定大于X射線的頻率，因γ射線與X射線有重疊區(qū)域，而紫外線的頻率一定高于紅外線的頻率，所以，紫外線的波長一定小于紅外線的波長；紫外線的頻率不一定低于X射線的頻率．紫外線是由原子外層電子受激發(fā)而產(chǎn)生的． 1．可見光只是電磁波譜中一個很窄的一段． 2．不同的電磁波，產(chǎn)生機理各不相同，具有不同的特性． 1．下列關(guān)于X射

10、線的敘述，正確的是（　　）． ①X射線可用來給食用水消毒 ②X射線由高速移動的中子組成 ③X射線可使照相膠卷感光 ④電視廣播 ⑤消滅害蟲 ⑥探測隱藏在行李中的武器 ⑦搜索在泥石流中被埋的生還者 A．只有①和③ B．只有③⑥和⑦ C．只有①和④ D．只有②和③ 答案：B 解析：X射線有很強的穿透力，主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢查、工業(yè)探傷等領(lǐng)域，本題著重考查X射線的應(yīng)用． 2．下列各組電磁波中，產(chǎn)生機理相同的是（　?。? A．微波、紅外線 B．紅外線、紫外線 C．紫外線、X射線 D．X射線、γ射線 答案：B 解析：無線電波是振蕩電路

11、中自由電子運動產(chǎn)生的，紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的．X射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的．γ射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的，故產(chǎn)生機理相同的是紅外線和紫外線． 3．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地球大氣層中的臭氧分子不斷受到破壞，下列各項電磁波中會因臭氧層受損而對人類的健康構(gòu)成最大危害的是（　　）． A．可見光 B．紫外線 C．伽瑪射線 D．微波 答案：B 解析：由于太陽光中存有大量紫外線，而過多的紫外線會傷害眼睛和皮膚，故因臭氧層受損而對人類構(gòu)成最大傷害的是紫外線． 4．紅外線可以穿透云霧，是因為它的波長____________，所以它的____________現(xiàn)象比較顯著，可以繞過障礙物繼續(xù)傳播；γ射線可以穿透金屬，是因為它的頻率____________，穿透能力較強． 答案：長　衍射　大 5．某種紫外線的頻率為1.5×1014 Hz，試回答下列問題： （1）該紫外線的波長為__________m． （2）紫外線的主要作用是____________________________． 答案：（1）2×10－6 （2）熒光效應(yīng)和殺菌作用 解析：由公式c＝λf，得λ＝＝m＝2×10－6 m． 3