PAGEPAGE6電磁波與信息化社會電磁波譜一、電磁波與信息化社會┄┄┄┄┄┄┄┄①1．電磁波的傳輸：可以通過電纜、光纜進行有線傳輸，也可實現(xiàn)無線傳輸。電磁波的頻率越高，相同時間傳遞的信息量越大。2．電磁波的應(yīng)用實例(1)電視：攝像機采集圖像信號，在1s內(nèi)要傳送25幅畫面，電視接收機也以相同的速率在熒光屏上顯現(xiàn)這些畫面，便實現(xiàn)了影像的傳遞和再現(xiàn)。(2)雷達的工作原理雷達利用微波遇到障礙物的反射現(xiàn)象來測定物體位置。依據(jù)放射無線電波到接收反射波的時間t，確定障礙物的距離s＝eq\f(ct,2)，再依據(jù)放射無線電波的方向和仰角，可以確定障礙物的位置。(3)移動電話、因特網(wǎng)也是利用電磁波來傳輸信息的。[說明]廣播電臺放射的無線電波屬于中、短波范圍，有肯定的繞射實力，可進行遠距離通信，但穿透實力很弱，一旦遇到金屬就會被屏蔽掉，所以火車上收不到電臺節(jié)目。而移動電話信號頻率通常在900MHz以上，穿透實力強，可以穿過窗戶進入車廂。①[選一選][多選]下列說法中正確的是()A．放射的圖像信號不須要調(diào)制過程B．接收到的信號要經(jīng)過調(diào)諧、檢波C．電視信號包括圖像信號和伴音信號兩種D．圖像信號的伴音信號傳播的速度不同解析：選BC無線電波的放射須要調(diào)制過程；接收要經(jīng)過調(diào)諧和檢波過程。圖像和聲音信號傳播速度是相同的，否則看電視時會出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象，故B、C正確，A、D錯誤。二、電磁波譜┄┄┄┄┄┄┄┄②1．按電磁波的波長或頻率大小的依次把它們排列成譜，叫做電磁波譜。2．電磁波譜中，不同波長(或頻率)的電磁波的特點及應(yīng)用對比：3.電磁波傳遞能量(1)電磁波是一種物質(zhì)，赫茲通過試驗證明了電磁波的存在。(2)電磁波可以被探測到，表明電磁波傳遞能量。4．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，在眼睛感覺最敏感的黃綠光旁邊，輻射的能量最強。②[判一判]1．電磁波只能無線傳輸(×)2．X射線是電磁波，它由速度較高的電子構(gòu)成(×)3．紫外線在真空中的傳播速度大于可見光在真空中的傳播速度(×)4．可利用紅外線的熒光效應(yīng)辨別人民幣的真?zhèn)?×)1.電視廣播的放射和接收過程攝像管：攝取景物的圖像并將其轉(zhuǎn)換為電信號eq\o(→,\s\up7(調(diào)制),\s\do5(放射))天線接收高頻信號eq\o(→,\s\up7(調(diào)諧),\s\do5(解調(diào)))顯像管：還原出與攝像管屏上相同的圖像。2．雷達的構(gòu)造、特點及應(yīng)用(1)構(gòu)造及特點一般由天線系統(tǒng)、放射裝置、接收裝置、輸出裝置(顯示器)、電源、用于限制雷達工作和處理信號的計算機以及防干擾設(shè)備等構(gòu)成。①雷達既是無線電波的放射端，又是無線電波的接收端；②雷達運用的無線電波是直線性好、反射性能強的微波波段；③雷達放射的是不連續(xù)的無線電波，即脈沖，每次放射時間短于1μs，兩次放射的時間間隔約為0.1ms；④障礙物的距離等狀況都由顯示器干脆顯示出來。(2)應(yīng)用探測飛機、導(dǎo)彈等軍事目標；可以用于導(dǎo)航；天文學(xué)上探討星體；在氣象上可以用于探測臺風(fēng)、雷雨、烏云。[典型例題]例1.某一戰(zhàn)斗機正以肯定的速度朝雷達的正上方水平勻速飛行，已知雷達放射相鄰兩次電磁波之間的時間間隔為5×10－4s，某時刻在雷達熒光屏上顯示的波形如圖甲所示，t＝173s后雷達向正上方放射和接收的波形如圖乙所示，雷達監(jiān)視相鄰刻線間表示的時間間隔為10－4s，電磁波的傳播速度為c＝3×108m/s，則該戰(zhàn)斗機的飛行速度大約為多少？[解析]由題意知熒光屏相鄰刻線間的時間間隔t0＝10－4s，則甲圖放射波和接收波的時間間隔t1＝4×10－4s，乙圖時間間隔t2＝1×10－4s，所以第一次戰(zhàn)斗機位置距雷達的距離為s1＝c×eq\f(t1,2)＝6.0×104m其次次戰(zhàn)斗機在雷達正上方，所以戰(zhàn)斗機高度h＝c·eq\f(t2,2)＝1.5×104m所以173s內(nèi)戰(zhàn)斗機飛行的水平距離為s＝eq\r(s\o\al(2,1)－h(huán)2)≈5.8×104m所以戰(zhàn)斗機飛行速度v＝eq\f(s,t)≈335m/s[答案]335m/s[點評]雷達偵察問題的解決方法(1)電磁波在空中的傳播速度可認為等于真空中的光速c，由波速、波長和頻率三者間的關(guān)系可求得頻率。(2)依據(jù)雷達熒光屏上放射波形和反射波形間的時間間隔，即可求得偵察距離，為此反射波必需在下一個放射波發(fā)出前到達雷達接收器。(3)雷達的最大偵察距離應(yīng)等于電磁波在雷達放射兩個相鄰脈沖的間隔時間內(nèi)傳播距離的一半。[即時鞏固]1．某雷達工作時，放射電磁波的波長λ＝20cm，每秒脈沖數(shù)n＝5000，每個脈沖持續(xù)時間t＝0.02μs，求該電磁波的振蕩頻率為多少？最大偵察距離是多少？電磁波傳播速度c＝3×108m/s。解析：由c＝λf可得電磁波的振蕩頻率f＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,20×10－2)Hz＝1.5×109Hz電磁波在雷達放射兩個相鄰脈沖間隔時間內(nèi)傳播的距離s＝cΔt＝ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,n)－t))＝3×108×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,5000)－0.02×10－6))m≈6×104m所以雷達的最大偵察距離s′＝eq\f(s,2)＝3×104m＝30km答案：1.5×109Hz30km1.共性(1)它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為聽從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)分并沒有肯定的意義。(2)都遵循公式v＝λf，它們在真空中的傳播速度都是c＝3.0×108m/s。(3)它們的傳播都不須要介質(zhì)。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2．特性(1)不同的電磁波其頻率、波長均不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長越長，越簡潔產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短，穿透實力越強。(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)傳播中傳播時，頻率越大，折射率越大，速度越小。(3)產(chǎn)朝氣理不同無線電波振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生(4)用途不同無線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術(shù)，紫外線用于殺菌消毒，X射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的X光照片，γ射線用于檢查金屬部件的缺陷等。[典型例題]例2.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射線都有很強的穿透本事，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體B．過強的紫外線照耀有利于人的皮膚健康C．電磁波中頻率最大的為γ射線，最簡潔發(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]X射線有很高的穿透本事，醫(yī)學(xué)上常用于透視人體，紅外線不能，A錯誤；過強的紫外線照耀對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的為γ射線，其波長最短，最不簡潔發(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。[答案]D[點評]不同射線具有不同的特點，會有不同的用途，要熟知它們的特點和在現(xiàn)代科技、生活中的應(yīng)用，還要將它們與學(xué)過的有關(guān)學(xué)問聯(lián)系起來。[即時鞏固]2．(2024·濮陽高二檢測)下列說法正確的是()A．只有物體溫度較高時才能向外輻射紅外線B．紫外線的主要作用是熱作用C．可見光比紅外線簡潔發(fā)生衍射現(xiàn)象D．X射線穿透力強，可用來進行人體透視解析：選D任何物體在任何溫度下均會向外輻射紅外線，A錯誤；紫外線的主要作用是化學(xué)作用和熒光作用，B錯誤；可見光的波長小于紅外線的波長，故可見光相對紅外線不簡潔衍射現(xiàn)象，C錯誤；X射線穿透力強，醫(yī)學(xué)上常用于透視人體，D正確。1．(2024·長春高二檢測)某廣播電臺放射“中波”段某套節(jié)目的訊號、家用微波爐中的微波、人體透視用的X光、VCD機中的激光(可見光)，都是電磁波，它們的頻率分別為f1、f2、f3、f4，則()A．f1>f2>f3>f4B．f1<f2<f3<f4C．f1<f2<f4<f3D．f2<f1<f3<f4解析：選C電磁波譜中，中波、微波、可見光、X射線的波長依次變短，頻率依次上升，故C項正確。2．[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，所以電磁波譜的頻帶很窄解析：選AC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，A、C正確。3．[多選]雷達采納微波而不用其他無線電波的緣由是()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．微波比其他無線電波(長波、中波、短波等)傳播的距離更遠解析：選ABC微波的頻率較高，波長較短，不簡潔產(chǎn)生衍射或干涉現(xiàn)象，微波的反射性較強，直線性較好；微波與其他無線電波的波速相等，都可以傳播較遠的距離，A、B、C正確。4．[多選]下列說法中正確的是()A．攝像管事實上是一種將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置B．電視機事實上是一種將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柕难b置C．攝像機在1s內(nèi)要傳送25張畫面D．電視機接收的畫面是連續(xù)的解析：選ABC通過攝像管攝到景物的光信號，再通過特別裝置(掃描)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?s內(nèi)要傳送25張畫面；電視機通過顯像管將接收到的電信號再轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?，最終還原為景物圖像，每秒要接收到25張畫面，由于畫面更換快速和視覺暫留，我們感覺到的便是活動的圖像，A、B、C正確。5．雷達是用來對目標進行定位的現(xiàn)代化定位系統(tǒng)，海豚也具有完善的聲吶系統(tǒng)，它能在黑暗中精確而快速地捕獲食物，避開敵害，遠遠優(yōu)于現(xiàn)代化的無線電系統(tǒng)。海豚的定位、雷達的定位分別利用了自身放射的()A．電磁波次聲波B．紅外線光線C．次聲波紅外線D．超聲波電磁波解析：選D海豚能放射超聲波，它是一種頻率高于2×104Hz的聲波，它的波長特別短，因而能定向放射，而且在水中傳播時因能量損失小，要比無線電波和廣播傳播得遠，海豚就是靠自身發(fā)出的超聲波的回聲來在渾濁的水里精確確定遠處小魚的位置而猛沖過去吞食；雷達是一個電磁波的放射和接收系統(tǒng)，因而是靠放射電磁波來定位的，D正確。[基礎(chǔ)練]一、選擇題1．[多選]在電磁波中，波長按從長到短依次排列的是()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：選BCD電磁波中，波長按從長到短排列的是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線?？梢姽庵校醇t、橙、黃、綠、青、藍、紫的依次波長越來越短。故選項B、C、D正確。2．[多選]下列關(guān)于各種電磁波的說法中正確的是()A．最簡潔發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波B．紫外線有明顯的熱效應(yīng)C．X射線穿透實力較強，所以可用來檢查工件D．明朗的天空看起來是藍色的是光散射的結(jié)果解析：選ACD波長越長越易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故A正確；有明顯熱效應(yīng)的是紅外線，故B錯誤；X射線因其穿透實力強而常用于人體拍片和檢查金屬工件缺陷，故C正確；天空看起來是藍色是由于波長較短的光易被散射，故D正確。3．下列關(guān)于紫外線的說法正確的是()A．照耀紫外線可增進人體對鈣的汲取，因此人們應(yīng)盡可能多地接受紫外線的照耀B．一切高溫物體發(fā)出的光都含有紫外線C．紫外線有很強的熒光效應(yīng)，常被用來防偽D．紫外線有殺菌消毒的作用，是因為其有熱效應(yīng)解析：選C由于紫外線有顯著的生理作用，殺菌實力較強，在醫(yī)療上有其應(yīng)用，但是過多地接受紫外線的照耀，對人體來說也是有害的，A、D錯誤；并不是全部的高溫物體發(fā)出的光都含有紫外線，B錯誤；紫外線有很強的熒光效應(yīng)，可用來防偽，C正確。4．[多選]下列關(guān)于雷達的說法中正確的是()A．雷達是利用無線電波測定物體位置的無線電設(shè)備B．電磁波遇到障礙物要發(fā)生反射，雷達就是利用電磁波的這個特性工作的C．雷達要確定較遠物體的位置，運用的是長波段的無線電波D．雷達每次放射無線電波的時間約為10－6s解析：選ABD雷達是利用無線電波測定物體位置的無線電設(shè)備；電磁波遇到障礙物要反射，雷達就是利用電磁波的這個特性工作的；波長短的電磁波，傳播的直線性好，有利于用電磁波定位，因此雷達用的是微波；雷達每次放射無線電波的時間一般不超過1μs，A、B、D正確，C錯誤。二、非選擇題5．某高速馬路自動測速儀裝置如圖甲所示，雷達向汽車駛來的方向放射不連續(xù)的電磁波，每次放射時間約為10－6s，相鄰兩次放射時間間隔為t。當雷達向汽車放射無線電波時，在熒光屏上呈現(xiàn)出一個尖形波；在收到反射回來的無線電波時，在熒光屏上呈現(xiàn)其次個尖形波。依據(jù)兩個波的距離，可以計算出汽車距雷達的距離，依據(jù)自動打下的紙帶(如圖乙所示)，可求出該汽車的車速，請依據(jù)給出的t1、t2、t、c列出汽車車速的表達式。解析：依據(jù)圖乙所示，第一次測量時汽車距雷達的距離s1＝eq\f(ct1,2)其次次測量時汽車距雷達的距離s2＝eq\f(ct2,2)兩次放射電磁波時間間隔為t，則汽車的速度v＝eq\f(s,t)＝eq\f(s1－s2,t)＝eq\f(ct1－t2,2t)答案：v＝eq\f(ct1－t2,2t)[提能練]一、選擇題1．太陽表面溫度約為6000K，主要發(fā)出可見光；人體溫度約為310K，主要發(fā)出紅外線；宇宙間的溫度約為3K，所發(fā)出的輻射稱為“3K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“3K背景輻射”的觀測，應(yīng)當選擇下列哪一個波段()A．無線電波B．紫外線C．X射線D．γ射線解析：選A由題意知，隨著溫度的上升，發(fā)出的電磁波的波長變短，則溫度約為3K時，稱為“3K背景輻射”，發(fā)出的電磁波波長較大，故若要進行“3K背景輻射”的觀測，應(yīng)當選擇無線電波，A正確，B、C、D錯誤。2．簡潔的、比較有效的電磁波的放射裝置，至少應(yīng)具備以下電路中的()①調(diào)諧電路；②調(diào)制電路；③高頻振蕩電路；④開放振蕩電路A．①②③B．②③④C．①④D．①②④解析：選B比較有效的放射電磁波的裝置應(yīng)當有調(diào)制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路。調(diào)制電路是把須要放射的信號裝載在調(diào)頻電磁波上才能放射出去，高頻振蕩電路能產(chǎn)生高頻電磁波，開放振蕩電路能把電磁波發(fā)送的更遠。而調(diào)諧電路是在接收端須要的電路。3．紅外遙感衛(wèi)星通過接收地面物體發(fā)出的紅外輻射來探測地面物體的狀況。地球大氣中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能劇烈汲取某些波長范圍的紅外輻射，即地面物體發(fā)出的某些波長的電磁波，只有一部分能夠通過大氣層被遙感衛(wèi)星接收。下圖為水和二氧化碳對某一波段不同波長電磁波的汲取狀況，由題圖可知，在該波段紅外遙感大致能夠接收到的波長范圍為()A．2.5～3.5μmB．4～4.5μmC．5～7μmD．8～13μm解析：選D由題圖可知：水對電磁波汲取的波長范圍為0～8μm，二氧化碳對電磁波汲取的波長范圍為3～5μm和大于13μm，所以能夠通過大氣層被遙感衛(wèi)星接收的波長范圍為8～13μm，D正確。4．我國“空警－2000”預(yù)警機上裝備有多功能三坐標多普勒脈沖雷達，可進行全向探測，主要用于發(fā)覺和跟蹤空中與水面目標，工作頻率為1.2×109～1.4×109Hz。對空中目標的最遠探測距離為470km，該機的雷達系統(tǒng)可同時跟蹤60～100個空中目標，并對戰(zhàn)術(shù)空軍的10架飛機實施引導(dǎo)。下列關(guān)于該脈沖雷達的說法正確的是()A．脈沖雷達采納的是X射線B．脈沖雷達采納的是微波C．預(yù)警機高速飛行時，放射的脈沖信號傳播速率可能大于光在真空中的速率D．增大它的振蕩電路可變?nèi)萜鞯碾娙?，可增大雷達的工作頻率解析：選B脈沖雷達是利用微波測速、測距的，其傳播速率等于光速，故A、C選項錯誤，B選項正確；由T＝2πeq\r(LC)可知，增大振蕩電路的電容，其周期變大，工作頻率減小，故D選項錯誤。二、非選擇題5.一個雷達向遠處放射無線電波，每次放射的時間為1μs，兩次放射的時間間隔為100μs，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)出的尖形波如圖所示，已知圖中刻度ab＝bc，則障礙物與雷達之間的距離是