2018-2019學(xué)年新設(shè)計(jì)物理選修3-4魯科版講義：第3章 電磁波 第2講

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第2講電磁波的發(fā)射、傳播和接收電磁波的應(yīng)用及防護(hù)[目標(biāo)定位］1。知道有效發(fā)射電磁波的條件，了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收過(guò)程。2.認(rèn)識(shí)電磁波譜，了解電磁波各波段的特性和主要作用.3.了解電磁波的應(yīng)用和在科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中的作用．一、電磁波的發(fā)射、傳播和接收1．電磁波的發(fā)射（1）為了有效地發(fā)射電磁波，振蒎電路必須滿足兩個(gè)條件:①振蕩頻率足夠高；②電場(chǎng)、磁場(chǎng)盡可能分布到較大的空間．(2)開放電路：電容器變成兩條長(zhǎng)的直導(dǎo)線，一條深入高空成為天線，另一條接入地下成為地線,形成開放電路．2．電磁波的傳播（1)地波：沿地球表面空間傳播的無(wú)線電波，適用于長(zhǎng)波、中波和中短波．短波和微波不宜采用地波的形式傳播．(2）天波：靠大氣中電離層的反射傳播的無(wú)線電波．短波最適合采用天波的形式傳播．(3）空間波:像光束那樣沿直線傳播的無(wú)線電波，適合于超短波和微波通信．衛(wèi)星中繼通信、衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播等也主要以空間波為傳播途徑．3．電磁波的接收（1）電諧振現(xiàn)象：兩個(gè)電路的振蕩頻率相同,電磁波使接收電路中產(chǎn)生最強(qiáng)的電流的現(xiàn)象．（2）調(diào)諧：選擇某一種特定的頻率接收空間電磁波的過(guò)程，調(diào)諧的基本原理是電諧振．（3）調(diào)諧電路：能夠進(jìn)行調(diào)諧的接收電路．二、電磁波的應(yīng)用及防護(hù)1．電磁波譜（1)定義：電磁波包括無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線等,把這些電磁波按波長(zhǎng)或頻率排列起來(lái)，就構(gòu)成了電磁波譜．(2）電磁波譜中的各種波有一定的波長(zhǎng)范圍，它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性;它們?cè)谡婵罩械膫鞑ニ俣染扔诠馑伲?．電磁波的應(yīng)用（1）紅外線：波長(zhǎng)比紅光的波長(zhǎng)要長(zhǎng)．性質(zhì)：具有較強(qiáng)的感光能力，熱效應(yīng)明顯．應(yīng)用：①利用紅外線的熱效應(yīng)，制成紅外線烤箱、紅外線爐等．②利用紅外線可使特制底片感光的性質(zhì)，制成紅外攝影儀、紅外遙感器等．（2)紫外線：波長(zhǎng)比紫光的波長(zhǎng)短．性質(zhì)：有些物體在紫外線的照射下會(huì)發(fā)生熒光．應(yīng)用：①紫外線能使很多物質(zhì)發(fā)出熒光,很容易讓底片感光，銀行利用紫外線燈鑒別鈔票的真?zhèn)危诋?dāng)紫外線照射人體時(shí)，能促使人體合成維生素D，可以預(yù)防佝僂病．③紫外線具有殺菌作用,醫(yī)院里的病房利用紫外線消毒．(3）X射線：波長(zhǎng)范圍為0.6～2nm.性質(zhì)：穿透力較強(qiáng)應(yīng)用:在醫(yī)學(xué)中常用X光照片輔助進(jìn)行疾病診斷．(4)γ射線：波長(zhǎng)在1nm以下,在電磁波譜中的波長(zhǎng)最短．特點(diǎn)：能量較高，穿透能力很強(qiáng)，對(duì)生物的破壞力很大．應(yīng)用：醫(yī)院里用γ射線殺死細(xì)胞．（5）無(wú)線電波的應(yīng)用①無(wú)線電通信的發(fā)展過(guò)程1895年，意大利的馬可尼成功地進(jìn)行了距離約3km的無(wú)線電通信，幾乎與馬可尼同時(shí)，俄羅斯的波波夫也研制成功了無(wú)線電發(fā)報(bào)機(jī)．②雷達(dá)原理：雷達(dá)天線發(fā)射高頻電磁波，電磁波遇到障礙物會(huì)被反射回來(lái),接收機(jī)接收反射信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的返回時(shí)間和方向，可判斷遠(yuǎn)處物體的方位．作用：檢測(cè)飛行器、船只等遠(yuǎn)距離物體的位置,預(yù)防天氣、繪制地圖等．3．電磁污染及防護(hù)(1）電磁污染又稱電磁波污染或射頻輻射污染．(2)危害：危害人體健康；使電視圖象不清晰或變形；干擾通信系統(tǒng)．(3）防治：電磁輻射的防治可以從電磁波源、電磁波的傳播途徑以及受輻射的人這三個(gè)方面進(jìn)行防治．一、無(wú)線電波的發(fā)射、傳播和接收1．無(wú)線電波的發(fā)射、傳播和接收過(guò)程2．對(duì)概念的理解(1)“調(diào)幅”和“調(diào)頻”都是調(diào)制過(guò)程，解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程．（2)電諧振就是電磁振蕩中的“共振"．(3）調(diào)諧與電諧振不同，電諧振是一個(gè)物理現(xiàn)象，而調(diào)諧則是一個(gè)操作過(guò)程．3．電磁波的傳播特性傳播形式適合的波段特點(diǎn)地波沿地球表面空間傳播長(zhǎng)波、中波、中短波衍射能力較強(qiáng)天波靠大氣電離層的反射傳播中短波、短波反射能力較強(qiáng)空間波沿直線傳播短波、超短波、微波穿透能力較強(qiáng)例1關(guān)于無(wú)線電波的發(fā)射過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是（)A．必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制B．必須使信號(hào)產(chǎn)生電諧振C．必須把傳輸信號(hào)加到高頻電流上D．必須使用開放回路解析電磁波的發(fā)射過(guò)程中,一定要對(duì)低頻輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用開放電路發(fā)射．為了有效地向外發(fā)射電磁波，必須使電路開放，A、C、D正確．而產(chǎn)生電諧振的過(guò)程是在接收無(wú)線電波，B不正確．答案ACD例2關(guān)于電磁波的傳播，下列敘述正確的是(）A．電磁波頻率越高，越易沿地面?zhèn)鞑．電磁波頻率越高，越易沿直線傳播C．電磁波在各種介質(zhì)中傳播波長(zhǎng)恒定D．只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，就可把信號(hào)傳遍全球解析由c＝λf可判定：電磁波頻率越高，波長(zhǎng)越短,衍射能力越差，不宜沿地面?zhèn)鞑?，而跟光的傳播相似，沿直線傳播,故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變，而傳播速度改變，由v＝λf,可判斷波長(zhǎng)改變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于同步衛(wèi)星相對(duì)地面靜止在赤道上空36000km高的地方，用它作為微波中繼站，只要有三顆，就能覆蓋全球，選項(xiàng)D正確．答案BD二、各種電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用電磁波譜無(wú)線電波紅外線可見(jiàn)光紫外線X射線γ射線頻率（Hz）由左向右，頻率變化由小到大真空中波長(zhǎng)由左向右,波長(zhǎng)變化由長(zhǎng)到短特性波動(dòng)性強(qiáng)熱作用強(qiáng)感光性強(qiáng)化學(xué)作用，熒光效應(yīng)穿透力強(qiáng)穿透力最強(qiáng)用途通訊、廣播、導(dǎo)航加熱、遙測(cè)、遙感、紅外攝像、紅外制導(dǎo)照明、照相等日光燈、殺菌消毒、治療皮膚病等檢查、探測(cè)、透視、治療探測(cè)、治療例3關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說(shuō)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(guò)強(qiáng)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，最容易用它來(lái)觀察衍射現(xiàn)象D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光解析X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線沒(méi)有,選項(xiàng)A錯(cuò)誤；過(guò)強(qiáng)的紫外線照射對(duì)人的皮膚有害，選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電磁波中頻率最大的為γ射線，其波長(zhǎng)最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)C錯(cuò)誤．答案D三、雷達(dá)1．雷達(dá)是利用電磁波中的微波遇到障礙物發(fā)生反射的特性工作的．2．雷達(dá)既是無(wú)線電波的發(fā)射端，又是無(wú)線電波的接收端．3．如果從發(fā)射一列波到再接收到這列波的反射波所用的時(shí)間為t，那么雷達(dá)與障礙物間的距離x＝eq\f（vt，2）。例4某地的雷達(dá)站正在跟蹤一架向雷達(dá)站勻速飛來(lái)的飛機(jī)．設(shè)某一時(shí)刻從雷達(dá)發(fā)出電磁波后到再接收到反射波歷時(shí)200μs，經(jīng)4s后又發(fā)出一列電磁波，雷達(dá)站從發(fā)出電磁波到再接收到反射波歷時(shí)186μs，則該飛機(jī)的飛行速度多大？解析由電磁波發(fā)射到接收到反射波歷時(shí)200μs，可算出此時(shí)飛機(jī)距雷達(dá)站的距離為：x1＝eq\f（3.0×108×200×10－6，2)m＝3。0×104m．經(jīng)4s后,飛機(jī)距雷達(dá)站的距離為：x2＝eq\f(3。0×108×186×10－6，2)m＝2。79×104m，故飛機(jī)飛行的速度為：v＝eq\f（x1－x2，t)＝eq\f（0.21×104,4）m/s＝525m/s.答案525m/s電磁波的發(fā)射、傳播和接收1．要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應(yīng)該采取的措施是（）A．增加輻射波的波長(zhǎng)B．使振蕩電容的正對(duì)面積足夠小C．減小電容器兩極板間的距離D．增加回路中的電容和電感解析研究表明頻率越高,電磁波發(fā)射本領(lǐng)越大，電磁場(chǎng)應(yīng)盡可能擴(kuò)散到周圍空間，形成開放電路．f＝eq\f(1，2π\(zhòng)r(LC)），C＝eq\f（εrS，4πkd)，要使f增大,應(yīng)減小L或C,只有B符合題意．答案B2．圖1中A為某火箭發(fā)射場(chǎng)，B為山區(qū)，C為城市．發(fā)射場(chǎng)正在進(jìn)行某型號(hào)火箭的發(fā)射試驗(yàn)．為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實(shí)況，在發(fā)射場(chǎng)建立了發(fā)射臺(tái)用于發(fā)射廣播與電視信號(hào)．已知傳輸無(wú)線電廣播所用的電磁波波長(zhǎng)為550m，而傳輸電視信號(hào)所用的電磁波波長(zhǎng)為0。566m，為了不讓山區(qū)擋住信號(hào)的傳播，使城市居民能收聽和收看火箭發(fā)射的實(shí)況，必須通過(guò)建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)________(填“無(wú)線電廣播信號(hào)"或“電視信號(hào)”）．這是因?yàn)開_______________________________________________________________________．圖1解析從題中知，傳輸無(wú)線電廣播所用電磁波波長(zhǎng)為550m,根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,知該電磁波很容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，繞過(guò)山坡而傳播到城市所在的C區(qū)，因而不需要轉(zhuǎn)發(fā)裝置．電視信號(hào)所用的電磁波波長(zhǎng)為0.566m，其波長(zhǎng)很短,衍射現(xiàn)象很不明顯，幾乎沿直線傳播，能傳播到山頂卻不能傳播到城市所在的C區(qū)，要想使信號(hào)傳到C區(qū),必須通過(guò)建在山頂?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)．答案電視信號(hào)電視信號(hào)波長(zhǎng)短,沿直線傳播，受山坡阻擋，不易衍射電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用3．下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運(yùn)用的物理現(xiàn)象，請(qǐng)將相應(yīng)的字母填寫在運(yùn)用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上．(1)X光機(jī)，________。（2）紫外線燈，________。（3）理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好，這里的“神燈"是利用________．A．光的全反射B．紫外線具有很強(qiáng)的熒光作用C．紫外線具有殺菌消毒作用D．X射線的很強(qiáng)的貫穿力E．紅外線具有顯著的熱效應(yīng)F．紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng),易發(fā)生衍射解析（1）X光機(jī)是用來(lái)透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強(qiáng)穿透力的電磁波,但又不能對(duì)人體造成太大的傷害,因此采用了穿透能力比較強(qiáng)又不會(huì)給人體造成太大的傷害的X射線，故選擇D.(2）紫外線燈主要是用來(lái)殺菌的,因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，故選擇C.(3）“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進(jìn)局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng),使人體局部受熱，血液循環(huán)加快，因此選擇E.答案（1)D（2）C（3)E4．關(guān)于雷達(dá)的特點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()A．雷達(dá)所用無(wú)線電波的波長(zhǎng)比短波更長(zhǎng)B．雷達(dá)只有連續(xù)發(fā)射無(wú)線電波，才能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)C．雷達(dá)的顯示屏上可以直接讀出障礙物的距離D．雷達(dá)在能見(jiàn)度低的黑夜將無(wú)法使用解析雷達(dá)是利用無(wú)線電波的反射來(lái)工作的，因此它利用的無(wú)線電波處于微波段，目的是為了增加反射，減少衍射．雷達(dá)大約每隔0。1ms發(fā)射時(shí)間短于1μs的脈沖信號(hào)，根據(jù)屏上顯示的發(fā)射信號(hào)和接收到的反射信號(hào)可以直接讀出障礙物的距離,故C對(duì)．答案C（時(shí)間：60分鐘)題組一電磁波的發(fā)射、傳播和接收1．為了有效地把磁場(chǎng)的能量以電磁波形式發(fā)射到盡可能大的空間，除了用開放的電路，還有行之有效的辦法是()A．增大電容器極板間的距離B．減小電容器極板的面積C．減小線圈的匝數(shù)D．采用低頻振蕩電流解析實(shí)行開放電路和提高輻射頻率是發(fā)射電磁波的兩種有效方法．由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r（LC））、C＝eq\f(εrS，4πkd)可知，A、B、C選項(xiàng)正確．答案ABC2．轉(zhuǎn)換電視頻道，選擇電視節(jié)目，稱為（)A．調(diào)諧B．調(diào)制C．調(diào)頻D．調(diào)幅答案A圖13．如圖1所示，調(diào)諧電路的可變電容器的動(dòng)片從完全旋入到完全旋出仍接收不到較高頻率電臺(tái)發(fā)出的電信號(hào)，要收到電信號(hào)，應(yīng)（）A．增大調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù)B．加大電源電壓C．減少調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù)D．將線圈中的鐵芯取走解析當(dāng)調(diào)諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率時(shí)，發(fā)生電諧振才能較好地收到電臺(tái)信號(hào)．本題中收不到信號(hào)的原因是調(diào)諧電路的固有頻率低,由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r（LC))知，在電容C無(wú)法再調(diào)小的情況下,可減小L以提高f,故選項(xiàng)C、D正確．答案CD4．電視機(jī)的室外天線能把電信號(hào)接收下來(lái)，是因?yàn)?）A．天線處于變化的電磁場(chǎng)中，天線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過(guò)饋線輸送到LC電路B．天線只處于變化的電場(chǎng)中，天線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過(guò)饋線輸送到LC電路C．天線只是有選擇地接收某臺(tái)電信號(hào)，而其他電視臺(tái)信號(hào)則不接收D．天線將電磁波傳輸?shù)诫娨暀C(jī)內(nèi)解析處于變化的電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體，都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．答案A5．關(guān)于電磁波的接收，下列說(shuō)法正確的是（）A．當(dāng)處于電諧振時(shí)，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流B．當(dāng)處于電諧振時(shí)，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流C．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過(guò)耳機(jī)就可以聽到聲音了D．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過(guò)檢波、放大,通過(guò)耳機(jī)才可以聽到聲音解析當(dāng)處于電諧振時(shí)，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，只不過(guò)頻率跟諧振電路固有頻率相等的電磁波，在接收電路中激發(fā)的感應(yīng)電流最強(qiáng)．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,要再經(jīng)過(guò)檢波（也就是調(diào)制的逆過(guò)程）、放大，通過(guò)耳機(jī)才可以聽到聲音，故正確答案為A、D.答案AD題組二電磁波的應(yīng)用與防護(hù)6．在電磁波中,波長(zhǎng)按從長(zhǎng)到短排列的是（)A．無(wú)線電波、可見(jiàn)光、紅外線B．無(wú)線電波、可見(jiàn)光、γ射線C．紅光、黃光、綠光D．紫外線、X射線、γ射線解析電磁波譜按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列順序依次是無(wú)線電波→紅外線→可見(jiàn)光(紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫)→紫外線→X射線→γ射線，由此可知B、C、D選項(xiàng)正確．答案BCD7．關(guān)于紅外線的作用與來(lái)源,下列說(shuō)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(qiáng)的熱作用和熒光作用C．紅外線的顯著作用是化學(xué)作用D．紅外線容易穿透云霧解析熒光作用和化學(xué)作用都是紫外線的重要用途，紅外線波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，繞過(guò)障礙物能力強(qiáng),易穿透云霧．答案AD8．關(guān)于電磁波譜的下列說(shuō)法中正確的是(）A．電磁波中最容易表現(xiàn)干涉、衍射現(xiàn)象的是無(wú)線電波B．紅外線、紫外線、可見(jiàn)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．紅外線最顯著的作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線解析波長(zhǎng)越長(zhǎng)的無(wú)線電波的波動(dòng)性越顯著，干涉、衍射現(xiàn)象越容易發(fā)生．從電磁波產(chǎn)生的機(jī)理可知γ射線是原子核受到激發(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(qiáng)．由此可知答案為A、B。答案AB9．關(guān)于電磁波的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是(）A．醫(yī)院里常用X射線對(duì)病房和手術(shù)進(jìn)行消毒B．工業(yè)上利用γ射線檢查金屬部件內(nèi)有無(wú)砂眼或裂縫C．刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因?yàn)樽贤饩€波長(zhǎng)短,分辨率高D．衛(wèi)星用紅外遙感技術(shù)拍攝云圖照片,因?yàn)榧t外線衍射能力較強(qiáng)解析醫(yī)院里用紫外線殺菌消毒，A錯(cuò)誤，B、C、D均正確．答案BCD10．下列能說(shuō)明電磁波具有能量的依據(jù)是（)A．可見(jiàn)光射入人的眼睛，人看到物體B．放在紅外線區(qū)域的溫度計(jì)升溫很快C．收音機(jī)調(diào)到某個(gè)臺(tái)時(shí),調(diào)諧電路發(fā)生電諧振D．γ射線具有很強(qiáng)的貫穿能力解析人眼看到物體,說(shuō)明人眼感受到可見(jiàn)光的能量；紅外線具有熱作用，說(shuō)明紅外線具有能量;電諧振在調(diào)諧電路中的感應(yīng)電流的能量來(lái)源于空中的無(wú)線電波；γ射線的貫穿能力說(shuō)明γ射線具有很高的能量．答案ABCD11．雷達(dá)采用微波的原因是(）A．微波具有很高的頻率B．微波具有直線傳播的特性C．微波的反射性強(qiáng)D．微波比其它無(wú)線電波（長(zhǎng)波、中波、短波等）傳播的距離更遠(yuǎn)解析雷達(dá)采用微波,是利用微波的頻率高,不容易發(fā)生衍射,具有很好的直線傳播的特性和反射性強(qiáng)的特點(diǎn),所以A、B、C均正確，因微波不易發(fā)生衍射，傳播的距離不一定比無(wú)線電波的長(zhǎng)波、中波、短波段遠(yuǎn)，因此D不正確．答案ABC12．目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz到1000MHz的范圍內(nèi)．下列關(guān)于雷達(dá)和電磁波的說(shuō)法不正確的是()A．真空中上述雷達(dá)發(fā)射的電磁波的波長(zhǎng)范圍在0.3m到1。5m之間B．電磁波是由恒定不變的電場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生的C．測(cè)出從發(fā)射電磁波到接收反射波的時(shí)間間隔可以確定雷達(dá)和目標(biāo)的距離D．波長(zhǎng)越短的電射波,