2018-2019學年新設計物理選修3-4魯科版講義：第3章 電磁波 第2講

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，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用及防護[目標定位］1。知道有效發(fā)射電磁波的條件，了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收過程。2.認識電磁波譜，了解電磁波各波段的特性和主要作用.3.了解電磁波的應用和在科技、經(jīng)濟、社會發(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條件:①振蕩頻率足夠高；②電場、磁場盡可能分布到較大的空間．(2)開放電路：電容器變成兩條長的直導線，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線電波，適用于長波、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：兩個電路的振蕩頻率相同,電磁波使接收電路中產(chǎn)生最強的電流的現(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程，調(diào)諧的基本原理是電諧振．（3）調(diào)諧電路：能夠進行調(diào)諧的接收電路．二、電磁波的應用及防護1．電磁波譜（1)定義：電磁波包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等,把這些電磁波按波長或頻率排列起來，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范圍，它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性;它們在真空中的傳播速度均等于光速．2．電磁波的應用（1）紅外線：波長比紅光的波長要長．性質(zhì)：具有較強的感光能力，熱效應明顯．應用：①利用紅外線的熱效應，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：波長比紫光的波長短．性質(zhì)：有些物體在紫外線的照射下會發(fā)生熒光．應用：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诋斪贤饩€照射人體時，能促使人體合成維生素D，可以預防佝僂?。圩贤饩€具有殺菌作用,醫(yī)院里的病房利用紫外線消毒．(3）X射線：波長范圍為0.6～2nm.性質(zhì)：穿透力較強應用:在醫(yī)學中常用X光照片輔助進行疾病診斷．(4)γ射線：波長在1nm以下,在電磁波譜中的波長最短．特點：能量較高，穿透能力很強，對生物的破壞力很大．應用：醫(yī)院里用γ射線殺死細胞．（5）無線電波的應用①無線電通信的發(fā)展過程1895年，意大利的馬可尼成功地進行了距離約3km的無線電通信，幾乎與馬可尼同時，俄羅斯的波波夫也研制成功了無線電發(fā)報機．②雷達原理：雷達天線發(fā)射高頻電磁波，電磁波遇到障礙物會被反射回來,接收機接收反射信號，根據(jù)信號的返回時間和方向，可判斷遠處物體的方位．作用：檢測飛行器、船只等遠距離物體的位置,預防天氣、繪制地圖等．3．電磁污染及防護(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方面進行防治．一、無線電波的發(fā)射、傳播和接收1．無線電波的發(fā)射、傳播和接收過程2．對概念的理解(1)“調(diào)幅”和“調(diào)頻”都是調(diào)制過程，解調(diào)是調(diào)制的逆過程．（2)電諧振就是電磁振蕩中的“共振"．(3）調(diào)諧與電諧振不同，電諧振是一個物理現(xiàn)象，而調(diào)諧則是一個操作過程．3．電磁波的傳播特性傳播形式適合的波段特點地波沿地球表面空間傳播長波、中波、中短波衍射能力較強天波靠大氣電離層的反射傳播中短波、短波反射能力較強空間波沿直線傳播短波、超短波、微波穿透能力較強例1關于無線電波的發(fā)射過程,下列說法正確的是（)A．必須對信號進行調(diào)制B．必須使信號產(chǎn)生電諧振C．必須把傳輸信號加到高頻電流上D．必須使用開放回路解析電磁波的發(fā)射過程中,一定要對低頻輸入信號進行調(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)生電諧振的過程是在接收無線電波，B不正確．答案ACD例2關于電磁波的傳播，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，就可把信號傳遍全球解析由c＝λf可判定：電磁波頻率越高，波長越短,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B正確,選項A錯誤；電磁波在介質(zhì)中傳播時，頻率不變，而傳播速度改變，由v＝λf,可判斷波長改變，選項C錯誤；由于同步衛(wèi)星相對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D正確．答案BD二、各種電磁波的特點及應用電磁波譜無線電波紅外線可見光紫外線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由左向右,波長變化由長到短特性波動性強熱作用強感光性強化學作用，熒光效應穿透力強穿透力最強用途通訊、廣播、導航加熱、遙測、遙感、紅外攝像、紅外制導照明、照相等日光燈、殺菌消毒、治療皮膚病等檢查、探測、透視、治療探測、治療例3關于電磁波的特性和應用，下列說法正確的是（）A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領，常用于醫(yī)學上透視人體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，最容易用它來觀察衍射現(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，常用于醫(yī)學透視人體，紅外線沒有,選項A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，選項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)生衍射現(xiàn)象,選項C錯誤．答案D三、雷達1．雷達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．雷達既是無線電波的發(fā)射端，又是無線電波的接收端．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間為t，那么雷達與障礙物間的距離x＝eq\f（vt，2）。例4某地的雷達站正在跟蹤一架向雷達站勻速飛來的飛機．設某一時刻從雷達發(fā)出電磁波后到再接收到反射波歷時200μs，經(jīng)4s后又發(fā)出一列電磁波，雷達站從發(fā)出電磁波到再接收到反射波歷時186μs，則該飛機的飛行速度多大？解析由電磁波發(fā)射到接收到反射波歷時200μs，可算出此時飛機距雷達站的距離為：x1＝eq\f（3.0×108×200×10－6，2)m＝3。0×104m．經(jīng)4s后,飛機距雷達站的距離為：x2＝eq\f(3。0×108×186×10－6，2)m＝2。79×104m，故飛機飛行的速度為：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，應該采取的措施是（）A．增加輻射波的波長B．使振蕩電容的正對面積足夠小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)射本領越大，電磁場應盡可能擴散到周圍空間，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，B為山區(qū)，C為城市．發(fā)射場正在進行某型號火箭的發(fā)射試驗．為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實況，在發(fā)射場建立了發(fā)射臺用于發(fā)射廣播與電視信號．已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為550m，而傳輸電視信號所用的電磁波波長為0。566m，為了不讓山區(qū)擋住信號的傳播，使城市居民能收聽和收看火箭發(fā)射的實況，必須通過建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)________(填“無線電廣播信號"或“電視信號”）．這是因為________________________________________________________________________．圖1解析從題中知，傳輸無線電廣播所用電磁波波長為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．電視信號所用的電磁波波長為0.566m，其波長很短,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)，要想使信號傳到C區(qū),必須通過建在山頂?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)．答案電視信號電視信號波長短,沿直線傳播，受山坡阻擋，不易衍射電磁波的特點及應用3．下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運用的物理現(xiàn)象，請將相應的字母填寫在運用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上．(1)X光機，________。（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．紫外線具有很強的熒光作用C．紫外線具有殺菌消毒作用D．X射線的很強的貫穿力E．紅外線具有顯著的熱效應F．紅外線波長較長,易發(fā)生衍射解析（1）X光機是用來透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波,但又不能對人體造成太大的傷害,因此采用了穿透能力比較強又不會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殺菌的,因此它應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，主要是用于促進局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應,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．關于雷達的特點，下列說法正確的是()A．雷達所用無線電波的波長比短波更長B．雷達只有連續(xù)發(fā)射無線電波，才能發(fā)現(xiàn)目標C．雷達的顯示屏上可以直接讀出障礙物的距離D．雷達在能見度低的黑夜將無法使用解析雷達是利用無線電波的反射來工作的，因此它利用的無線電波處于微波段，目的是為了增加反射，減少衍射．雷達大約每隔0。1ms發(fā)射時間短于1μs的脈沖信號，根據(jù)屏上顯示的發(fā)射信號和接收到的反射信號可以直接讀出障礙物的距離,故C對．答案C（時間：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片從完全旋入到完全旋出仍接收不到較高頻率電臺發(fā)出的電信號，要收到電信號，應（）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調(diào)諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率時，發(fā)生電諧振才能較好地收到電臺信號．本題中收不到信號的原因是調(diào)諧電路的固有頻率低,由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r（LC))知，在電容C無法再調(diào)小的情況下,可減小L以提高f,故選項C、D正確．答案CD4．電視機的室外天線能把電信號接收下來，是因為(）A．天線處于變化的電磁場中，天線中產(chǎn)生感應電流，相當于電源，通過饋線輸送到LC電路B．天線只處于變化的電場中，天線中產(chǎn)生感應電流，相當于電源，通過饋線輸送到LC電路C．天線只是有選擇地接收某臺電信號，而其他電視臺信號則不接收D．天線將電磁波傳輸?shù)诫娨暀C內(nèi)解析處于變化的電磁場中的導體，都會產(chǎn)生感應電動勢．答案A5．關于電磁波的接收，下列說法正確的是（）A．當處于電諧振時，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應電流B．當處于電諧振時，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應電流C．由調(diào)諧電路接收的感應電流，再經(jīng)過耳機就可以聽到聲音了D．由調(diào)諧電路接收的感應電流，再經(jīng)過檢波、放大,通過耳機才可以聽到聲音解析當處于電諧振時，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應電流，只不過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)的感應電流最強．由調(diào)諧電路接收的感應電流,要再經(jīng)過檢波（也就是調(diào)制的逆過程）、放大，通過耳機才可以聽到聲音，故正確答案為A、D.答案AD題組二電磁波的應用與防護6．在電磁波中,波長按從長到短排列的是（)A．無線電波、可見光、紅外線B．無線電波、可見光、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從長到短排列順序依次是無線電波→紅外線→可見光(紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫)→紫外線→X射線→γ射線，由此可知B、C、D選項正確．答案BCD7．關于紅外線的作用與來源,下列說法正確的是（）A．一切物體都在不停地輻射紅外線B．紅外線具有很強的熱作用和熒光作用C．紅外線的顯著作用是化學作用D．紅外線容易穿透云霧解析熒光作用和化學作用都是紫外線的重要用途，紅外線波長比可見光長，繞過障礙物能力強,易穿透云霧．答案AD8．關于電磁波譜的下列說法中正確的是(）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越長的無線電波的波動性越顯著，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．由此可知答案為A、B。答案AB9．關于電磁波的應用，下列說法正確的是(）A．醫(yī)院里常用X射線對病房和手術進行消毒B．工業(yè)上利用γ射線檢查金屬部件內(nèi)有無砂眼或裂縫C．刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因為紫外線波長短,分辨率高D．衛(wèi)星用紅外遙感技術拍攝云圖照片,因為紅外線衍射能力較強解析醫(yī)院里用紫外線殺菌消毒，A錯誤，B、C、D均正確．答案BCD10．下列能說明電磁波具有能量的依據(jù)是（)A．可見光射入人的眼睛，人看到物體B．放在紅外線區(qū)域的溫度計升溫很快C．收音機調(diào)到某個臺時,調(diào)諧電路發(fā)生電諧振D．γ射線具有很強的貫穿能力解析人眼看到物體,說明人眼感受到可見光的能量；紅外線具有熱作用，說明紅外線具有能量;電諧振在調(diào)諧電路中的感應電流的能量來源于空中的無線電波；γ射線的貫穿能力說明γ射線具有很高的能量．答案ABCD11．雷達采用微波的原因是(）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D．微波比其它無線電波（長波、中波、短波等）傳播的距離更遠解析雷達采用微波,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的特點,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線電波的長波、中波、短波段遠，因此D不正確．答案ABC12．目前雷達發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz到1000MHz的范圍內(nèi)．下列關于雷達和電磁波的說法不正確的是()A．真空中上述雷達發(fā)射的電磁波的波長范圍在0.3m到1。5m之間B．電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的C．測出從發(fā)射電磁波到接收反射波的時間間隔可以確定雷達和目標的距離D．波長越短的電射波,