人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計4：4 4 電磁波譜教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE14.4電磁波譜一、教材分析人教版選擇性必修第二冊第四章第四節(jié)電磁波譜，本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)習(xí)了電磁波的產(chǎn)生，發(fā)射及接收原理的基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)電磁波譜，知道電磁波譜是按照電磁波頻率的高低進(jìn)行排列的，通過學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，知道電磁波隨著頻率的升高其能量及波長的變化規(guī)律，同時也要清楚紅外線及紫外線的特點及其在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。二、教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)物理觀念：了解什么是電磁波譜，知道各種可見光和不可見光與無線電波一樣，也是電磁波。了解不同波長(或頻率)范圍的電磁波的特性以及應(yīng)用?？茖W(xué)思維：了解電磁波譜中各波段的主要特性和在科技、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展中的應(yīng)用?？茖W(xué)探究：體會電磁波的應(yīng)用對現(xiàn)代社會的影響,明確不同的電磁波具有的不同用途和危害。引發(fā)學(xué)生對波動現(xiàn)象的好奇心?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象并嘗試歸納現(xiàn)象的學(xué)習(xí)習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生勇于探索的積極性。了解尋找地外文明的主要歷史和當(dāng)前的進(jìn)展，激發(fā)學(xué)生探索地外未知生命的熱情，增加求知欲。三、教學(xué)重難點教學(xué)重點：電磁波的組成，分波段解釋無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點與應(yīng)用教學(xué)難點：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點與應(yīng)用四、教學(xué)過程〖引入新課〗說到“譜”，同學(xué)們想到了什么呢？對，菜譜，家譜，人物關(guān)系譜，等等。像這樣依照事物的類別、系統(tǒng)，制成的表冊就稱為譜。建立譜，方便我們歸類、查找、總結(jié)各事物之間的關(guān)系。建立譜系，在科學(xué)上，也有著廣泛的應(yīng)用，比方說，化學(xué)里的元素周期表，能夠準(zhǔn)確地反映、預(yù)測各種元素的特性及其之間的關(guān)系，是分析物質(zhì)化學(xué)行為非常重要的框架。那么，能不能給電磁波也建一個譜呢？電磁波譜：按電磁波的波長或頻率高低的順序把它們排列成譜，叫電磁波譜。由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線合起來構(gòu)成范圍非常廣闊的電磁波譜?！夹抡n探究〗探究點一、無線電波無線電波的概念：技術(shù)上把波長大于1mm（頻率低于300GHz）的電磁波稱作無線電波。應(yīng)用：無線電技術(shù)（長、中短波用于發(fā)送廣播信號。）（微波用于發(fā)送電視信號和微波爐。）無線電波的波段分布及其主要用途（根據(jù)：波長/頻率）做一做：移動電話經(jīng)常使用Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)，也會用藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)。但是，由于Wi-Fi和藍(lán)牙使用了相同頻段的無線電波，兩者可能互相干擾。請你利用移動電話中的應(yīng)用程序檢查一下，在連接藍(lán)牙音響后，移動電話的上網(wǎng)速度會不會受到影響。再查一查Wi-Fi和藍(lán)牙所使用的電磁波的頻率是多少。探究點二、紅外線紅外線：波長約為760nm～1mm，所有物體都發(fā)射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強(qiáng)。發(fā)現(xiàn)：由英國人赫歇爾于1800年首先發(fā)現(xiàn)。特性：熱效應(yīng)。用途：紅外攝影、紅外線遙感技術(shù)。利用紅外探測器能在較冷的背景上探測出較熱物體的紅外輻射，這是夜視儀器和紅外攝影的基礎(chǔ)（圖）用靈敏的紅外探測器接收遠(yuǎn)處物體發(fā)出的紅外線，然后用電子電路對信號進(jìn)行處理，可以得知被測對象的形狀及溫度、濕度等參數(shù)。這就是紅外遙感技術(shù)。利用紅外遙感技術(shù)可以在飛機(jī)或人造地球衛(wèi)星上勘測地?zé)?、尋找水源、監(jiān)視森林火情、預(yù)報風(fēng)暴和寒潮。紅外遙感技術(shù)在軍事上的應(yīng)用也十分重要。人體也在發(fā)射紅外線，體溫越高，發(fā)射的紅外線越強(qiáng)。根據(jù)這個原理制成的紅外體溫計不與身體接觸也可以測量體溫。播放視頻：紅外線的應(yīng)用——夜視儀做一做：紅外線感官發(fā)達(dá)的動物，蛇的顏面兩側(cè)，有對紅外線敏感的特殊感受器。在黑夜里，探測由對方發(fā)出的紅外線，起著猶如雙眼視覺的作用。探究點三、可見光可見光：能使人的眼睛產(chǎn)生視覺效應(yīng)的電磁波稱為可見光。波長范圍：400nm～760nm。特性：能作用于眼睛并引起視。應(yīng)用：照明、攝影等。各色光在真空中的波長和頻率探究點四、紫外線在紫光之外，波長范圍為5?370nm的電磁波是紫外線，特性：熒光效應(yīng)、化學(xué)作用、殺菌消毒。發(fā)現(xiàn)：由德國物理學(xué)家里特于1801年首先發(fā)現(xiàn)的。應(yīng)用：感光技術(shù)、醫(yī)用消毒等。想一想:人為什么不能長時間在太陽下暴曬？紫外線的作用較強(qiáng)，人體適量接受太陽光里的紫外線照射，能促進(jìn)鈣質(zhì)吸收。但過多地吸收紫外線，會對皮膚和眼睛造成傷害。探究點五、X射線和γ射線X射線波長范圍在0.001nm到10nm之間，γ射線波長小于0.001nm。特性：具有很高的能量，更強(qiáng)的穿透能力。應(yīng)用：醫(yī)學(xué)治療γ刀，金屬探傷，γ射線對人體正常細(xì)胞有很強(qiáng)的破壞作用，因此有γ射線可能出現(xiàn)的地方，必須提出警告，嚴(yán)加防護(hù)。探究點六、尋找地外文明人類探索自然奧秘的活動從來沒有停止過。20世紀(jì)，“外星人”成了科幻小說的主題之一。1960年美國國立射電天文臺執(zhí)行了一項計劃：尋找“外星人”。他們使用一臺直徑26m的射電望遠(yuǎn)鏡，接收21cm波長的無線電信號。宇宙中最多的元素是氫，21cm波長是氫原子輻射的波長之一。如果存在著任何智慧生物，他們都會對氫元素作透徹的研究。同年4月8日，這架射電望遠(yuǎn)鏡開始搜索。遺憾的是，至今沒有發(fā)現(xiàn)什么有價值的信息。研究人員又在1972、1975年用兩臺直徑更大的射電望遠(yuǎn)鏡和更精密的儀器，在同一波段對660顆與太陽類似的恒星進(jìn)行無線電監(jiān)聽，結(jié)果仍然沒有新的發(fā)現(xiàn)。我國在貴州建造的世界最大的球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST正在開展對地外文明的探索。除了千方百計接收來自太空的“外星人來電”之外，地球上的人也主動向宇宙發(fā)射過幾次無線電信號。1974年11月16日，設(shè)在波多黎各的一個天文臺用波長12.6cm的調(diào)頻電磁波第一次向銀河系發(fā)送了人類對外星人的問候。時至今日，人們雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了太陽系外的行星，但還沒有找到地外文明。目前已知的文明星球只有一個——地球。生活在地球上的人們應(yīng)該更加愛護(hù)自己的地球母親。播放視頻：探索地外文明想一想：太空中的太陽動力學(xué)觀測臺（SDO）可以拍攝到紫外線波段的太陽圖像。通過圖像可以觀察到被可見光模糊或者遮擋的日冕等太陽活動。對比波長為211nm的紫外線和可見光的圖像可以看出，它與我們常見的太陽大不相同。除了可見光和紫外線，你還知道太陽能發(fā)出哪些波段的電磁波嗎？〖課堂練習(xí)〗例1.(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是()A．波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全相同B．電磁波的波長若差異太大則會出現(xiàn)本質(zhì)不同的現(xiàn)象C．電磁波譜的頻帶很寬D．電磁波的波長很短，所以電磁波的頻帶很窄〖答案〗AC〖解析〗電磁波譜中的電磁波在本質(zhì)上是完全相同的，只是波長或頻率不同而已．其中波長最長的波跟波長最短的波之間的頻率相差1020倍，因此電磁波譜的頻帶很寬．例2.雷達(dá)向遠(yuǎn)處發(fā)射無線電波，每次發(fā)射的時間是1μs，兩次發(fā)射的時間間隔為100μs，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)出的尖形波如圖所示，已知圖中ab＝bc，障礙物與雷達(dá)之間的距離是多大？〖答案〗7.5×103m〖解析〗題圖中a和c處的尖形波是雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射無線電波時出現(xiàn)的，b處的尖形波是雷達(dá)收到障礙物反射回來的無線電波時出現(xiàn)的，由ab＝bc可知，無線電波由發(fā)射到返回所用時間為50μs.設(shè)障礙物與雷達(dá)之間的距離為x，由題意可知無線電波來回時間為t＝50μs，由2x＝ct，得x＝eq\f(ct,2)＝eq\f(3.0×108×50×10－6,2)m＝7.5×103m.例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(yīng)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(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射線有很強(qiáng)的貫穿力E．紅外線具有顯著的熱效應(yīng)F．紅外線波長較長，易發(fā)生衍射〖答案〗(1)D(2)C(3)E〖解析〗(1)X光機(jī)是用來透視人體內(nèi)部器官的，因此需要具有較強(qiáng)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X射線，故選擇D.(2)紫外線燈主要是用來殺菌消毒的，因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌消毒作用而非熒光作用，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，故選擇E.〖教學(xué)反思〗回顧本堂課教學(xué)設(shè)計，以生活中的譜引入新課，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，以培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念。教學(xué)過程中，主要采用了猜想求證的科學(xué)方法來攻克教學(xué)重難點，并將抽象的知識點具體化，培了學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。最后將知識與生活實際有機(jī)結(jié)合在一起，拓寬學(xué)生視野，從生活走進(jìn)物理，再從物理走向生活，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。4.4電磁波譜一、教材分析人教版選擇性必修第二冊第四章第四節(jié)電磁波譜，本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)習(xí)了電磁波的產(chǎn)生，發(fā)射及接收原理的基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)電磁波譜，知道電磁波譜是按照電磁波頻率的高低進(jìn)行排列的，通過學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，知道電磁波隨著頻率的升高其能量及波長的變化規(guī)律，同時也要清楚紅外線及紫外線的特點及其在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。二、教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)物理觀念：了解什么是電磁波譜，知道各種可見光和不可見光與無線電波一樣，也是電磁波。了解不同波長(或頻率)范圍的電磁波的特性以及應(yīng)用?？茖W(xué)思維：了解電磁波譜中各波段的主要特性和在科技、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展中的應(yīng)用?？茖W(xué)探究：體會電磁波的應(yīng)用對現(xiàn)代社會的影響,明確不同的電磁波具有的不同用途和危害。引發(fā)學(xué)生對波動現(xiàn)象的好奇心?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象并嘗試歸納現(xiàn)象的學(xué)習(xí)習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生勇于探索的積極性。了解尋找地外文明的主要歷史和當(dāng)前的進(jìn)展，激發(fā)學(xué)生探索地外未知生命的熱情，增加求知欲。三、教學(xué)重難點教學(xué)重點：電磁波的組成，分波段解釋無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點與應(yīng)用教學(xué)難點：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點與應(yīng)用四、教學(xué)過程〖引入新課〗說到“譜”，同學(xué)們想到了什么呢？對，菜譜，家譜，人物關(guān)系譜，等等。像這樣依照事物的類別、系統(tǒng)，制成的表冊就稱為譜。建立譜，方便我們歸類、查找、總結(jié)各事物之間的關(guān)系。建立譜系，在科學(xué)上，也有著廣泛的應(yīng)用，比方說，化學(xué)里的元素周期表，能夠準(zhǔn)確地反映、預(yù)測各種元素的特性及其之間的關(guān)系，是分析物質(zhì)化學(xué)行為非常重要的框架。那么，能不能給電磁波也建一個譜呢？電磁波譜：按電磁波的波長或頻率高低的順序把它們排列成譜，叫電磁波譜。由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線合起來構(gòu)成范圍非常廣闊的電磁波譜?！夹抡n探究〗探究點一、無線電波無線電波的概念：技術(shù)上把波長大于1mm（頻率低于300GHz）的電磁波稱作無線電波。應(yīng)用：無線電技術(shù)（長、中短波用于發(fā)送廣播信號。）（微波用于發(fā)送電視信號和微波爐。）無線電波的波段分布及其主要用途（根據(jù)：波長/頻率）做一做：移動電話經(jīng)常使用Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)，也會用藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)。但是，由于Wi-Fi和藍(lán)牙使用了相同頻段的無線電波，兩者可能互相干擾。請你利用移動電話中的應(yīng)用程序檢查一下，在連接藍(lán)牙音響后，移動電話的上網(wǎng)速度會不會受到影響。再查一查Wi-Fi和藍(lán)牙所使用的電磁波的頻率是多少。探究點二、紅外線紅外線：波長約為760nm～1mm，所有物體都發(fā)射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強(qiáng)。發(fā)現(xiàn)：由英國人赫歇爾于1800年首先發(fā)現(xiàn)。特性：熱效應(yīng)。用途：紅外攝影、紅外線遙感技術(shù)。利用紅外探測器能在較冷的背景上探測出較熱物體的紅外輻射，這是夜視儀器和紅外攝影的基礎(chǔ)（圖）用靈敏的紅外探測器接收遠(yuǎn)處物體發(fā)出的紅外線，然后用電子電路對信號進(jìn)行處理，可以得知被測對象的形狀及溫度、濕度等參數(shù)。這就是紅外遙感技術(shù)。利用紅外遙感技術(shù)可以在飛機(jī)或人造地球衛(wèi)星上勘測地?zé)?、尋找水源、監(jiān)視森林火情、預(yù)報風(fēng)暴和寒潮。紅外遙感技術(shù)在軍事上的應(yīng)用也十分重要。人體也在發(fā)射紅外線，體溫越高，發(fā)射的紅外線越強(qiáng)。根據(jù)這個原理制成的紅外體溫計不與身體接觸也可以測量體溫。播放視頻：紅外線的應(yīng)用——夜視儀做一做：紅外線感官發(fā)達(dá)的動物，蛇的顏面兩側(cè)，有對紅外線敏感的特殊感受器。在黑夜里，探測由對方發(fā)出的紅外線，起著猶如雙眼視覺的作用。探究點三、可見光可見光：能使人的眼睛產(chǎn)生視覺效應(yīng)的電磁波稱為可見光。波長范圍：400nm～760nm。特性：能作用于眼睛并引起視。應(yīng)用：照明、攝影等。各色光在真空中的波長和頻率探究點四、紫外線在紫光之外，波長范圍為5?370nm的電磁波是紫外線，特性：熒光效應(yīng)、化學(xué)作用、殺菌消毒。發(fā)現(xiàn)：由德國物理學(xué)家里特于1801年首先發(fā)現(xiàn)的。應(yīng)用：感光技術(shù)、醫(yī)用消毒等。想一想:人為什么不能長時間在太陽下暴曬？紫外線的作用較強(qiáng)，人體適量接受太陽光里的紫外線照射，能促進(jìn)鈣質(zhì)吸收。但過多地吸收紫外線，會對皮膚和眼睛造成傷害。探究點五、X射線和γ射線X射線波長范圍在0.001nm到10nm之間，γ射線波長小于0.001nm。特性：具有很高的能量，更強(qiáng)的穿透能力。應(yīng)用：醫(yī)學(xué)治療γ刀，金屬探傷，γ射線對人體正常細(xì)胞有很強(qiáng)的破壞作用，因此有γ射線可能出現(xiàn)的地方，必須提出警告，嚴(yán)加防護(hù)。探究點六、尋找地外文明人類探索自然奧秘的活動從來沒有停止過。20世紀(jì)，“外星人”成了科幻小說的主題之一。1960年美國國立射電天文臺執(zhí)行了一項計劃：尋找“外星人”。他們使用一臺直徑26m的射電望遠(yuǎn)鏡，接收21cm波長的無線電信號。宇宙中最多的元素是氫，21cm波長是氫原子輻射的波長之一。如果存在著任何智慧生物，他們都會對氫元素作透徹的研究。同年4月8日，這架射電望遠(yuǎn)鏡開始搜索。遺憾的是，至今沒有發(fā)現(xiàn)什么有價值的信息。研究人員又在1972、1975年用兩臺直徑更大的射電望遠(yuǎn)鏡和更精密的儀器，在同一波段對660顆與太陽類似的恒星進(jìn)行無線電監(jiān)聽，結(jié)果仍然沒有新的發(fā)現(xiàn)。我國在貴州建造的世界最大的球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST正在開展對地外文明的探索。除了千方百計接收來自太空的“外星人來電”之外，地球上的人也主動向宇宙發(fā)射過幾次無線電信號。1974年11月16日，設(shè)在波多黎各的一個天文臺用波長12.6cm的調(diào)頻電磁波第一次向銀河系發(fā)送了人類對外星人的問候。時至今日，人們雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了太陽系外的行星，但還沒有找到地外文明。目前已知的文明星球只有一個——地球。生活在地球上的人們應(yīng)該更加愛護(hù)自己的地球母親。播放視頻：探索地外文明想一想：太空中的太陽動力學(xué)觀測臺（SDO）可以拍攝到紫外線波段的太陽圖像。通過圖像可以觀察到被可見光模糊或者遮擋的日冕等太陽活動。對比波長為211nm的紫外線和可見光的圖像可以看出，它與我們常見的太陽大不相同。除了可見光和紫外線，你還知道太陽能發(fā)出哪些波段的電磁波嗎？〖課堂練習(xí)〗例1.(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是()A．波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全相同B．電磁波的波長若差異太大則會出現(xiàn)本質(zhì)不同的現(xiàn)象C．電磁波譜的頻帶很寬D．電磁波的波長很短，所以電磁波的頻帶很窄〖答案〗AC〖解析〗電磁波譜中的電磁波在本質(zhì)上是完全相同的，只是波長或頻率不同而已．其中波長最長的波跟波長最短的波之間的頻率相差1020倍，因此電磁波譜的頻帶很寬．例2.雷達(dá)向遠(yuǎn)處發(fā)射無線電波，每次發(fā)射的時間是1μs，兩次發(fā)射的時間間隔為100μs，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)出的尖形波如圖所示，已知圖中ab＝bc，障礙物與雷達(dá)之間的距離是多大？〖答案〗7.5×103m〖解析〗題圖中a和c處的尖形波是雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射無線電波時出現(xiàn)的，b處的尖形波是雷達(dá)