高中物理 第6章 電磁波與信息時代 第1節(jié) 電磁波載息傳萬里教師用書 魯科版選修1-1

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第1節(jié)　電磁波載息傳萬里 課　標　解　讀 重　點　難　點 1.知道電磁波可分為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線和無線電波．知道無線電波的波長范圍． 2.知道無線電波的三種傳播方式，即地波、天波和空間波傳播，了解三種傳播方式的不同特點． 3.了解并能列舉無線電波的常見應用． 4.知道電磁輻射的危害性. 1.電磁波譜、電磁波的三種傳播方式．(重點) 2.電磁波的傳播．(難點) 電磁波譜 1.基本知識 (1)把電磁波按波長(或頻率)按照一定順序排列成的譜線稱為電磁波譜． (2)波長和頻率是描述電磁波的兩個基本物理量，對某一電磁波兩者成反比． (3)按照波長由小到大的順序排列，電磁波可分為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線和無線電波．可見光只占電磁波譜中很小的一部分． (4)無線電波：在電磁波譜中，波長大于1_mm范圍屬于無線電波．無線電波按其波長由小到大又可分為微波(波長10－3～10 m)、短波(波長10～50 m)、中短波(波長50～200 m)、中波(波長200～3 000 m)和長波(波長3 000～30 000 m)． 2．思考判斷 (1)在電磁波家族中，γ射線的頻率最高．(√) (2)電磁波是看不見的，可見光不屬于電磁波．() 無線電波的傳播及應用 1.基本知識 (1)地波：沿地球表面?zhèn)鞑サ臒o線電波稱為地波．長波和中波靠地波傳播．無線電波的波長越長(即頻率越低)，地面的吸收越小． (2)天波：靠大氣中電離層的反射傳播的無線電波稱為天波．天波適合長波、中波和短波，但電離層對中波和長波的吸收太強，因此天波最適合短波的傳播． (3)空間波：像光束那樣沿直線傳播的無線電波稱為空間波．遠距離傳播要借助中繼站．適合于微波和超短波． (4)無線電廣播、電視：應用于無線電廣播的電磁波的波段有長波、中波和短波；應用于電視的無線電波段是微波． (5)雷達：雷達是利用無線電波測定物體位置的無線電設備，傳統(tǒng)的雷達的工作波長為1 m，屬于微波波段．隨著科技的發(fā)展，微波已進入諸多領(lǐng)域，像微波遙感遙測、海上救援等． 2．探究交流 當你走在路上或坐在汽車里，手持移動電話向千里之外的親友發(fā)出問候，介紹你的學習、生活、見聞的時候，當你從電話屏幕中見到親友的時候，你想知道這聲音和影像是怎樣傳送的嗎？ 【提示】　麥克斯韋電磁場理論認為，變化的電場周圍能產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍能產(chǎn)生電場，電場和磁場相互交替，形成電磁場，電磁場向外傳播就形成了電磁波，在電磁波中加載上聲音、圖像等信號就可以傳播出去. 電磁輻射的危害 1.基本知識 (1)電磁輻射造成導航系統(tǒng)、醫(yī)療信息系統(tǒng)、工業(yè)過程控制和信息傳輸系統(tǒng)失控，它干擾廣播、電視收聽，甚至直接危害人體健康． (2)人體長時間接收過量的電磁波輻射后，會出現(xiàn)頭痛、頭暈、疲倦無力等癥狀．輻射強度越大，頻率越高，距離越近，接觸時間越長，對人體的危害也就越大． 2．思考判斷 (1)目前，電磁輻射是造成公害的主要污染物之一．(√) (2)聆聽音響時，會因手機的使用而造成不愉快的感覺．(√) 對電磁波的理解 【問題導思】　 1．電磁波的波長、波速和頻率滿足怎樣的關(guān)系？ 【提示】　v＝λf. 2．電磁波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，不變的量是誰？ 【提示】　頻率． 1．定義 物理學中把電磁波按波長(或頻率)按照一定的順序排列成的譜線稱為電磁波譜． 2．按波長由小到大的順序：γ射線、X射線、紫外線，可見光、紅外線、無線電波． 3．特征 (1)波速：任何電磁波在真空中傳播的速度都等于光速c＝3108 m/s，在其他介質(zhì)中的波速小于3108 m/s. (2)波長：電磁波在一個周期內(nèi)傳播的距離． (3)頻率：電磁波從一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)，頻率不變． (4)波長、頻率、波速的關(guān)系：v＝λf，即電磁波的波速一定時，頻率與波長成反比． 　 電磁波的頻率與發(fā)射電磁波的裝置有關(guān)，與介質(zhì)無關(guān)，故頻率不變，電磁波的波速與介質(zhì)有關(guān)，在水中的波速小于真空中的波速，由v＝λf得，同一電磁波在水中的波長應小于真空中的波長． 　關(guān)于電磁波的說法中，正確的是(　　) A．不同頻率的電磁波在真空中的傳播速度不同 B．不同頻率的電磁波波長不同 C．頻率高的電磁波其波長較長 D．電磁波的頻率由接收電路的接收裝置決定 【解析】　電磁波的頻率由發(fā)射電路的發(fā)射裝置決定，D錯誤．不同頻率的電磁波在真空中的傳播速度是相同的，都等于光速c＝3108 m/s，故A錯誤．由v＝λf得，頻率不同的電磁波，波長也不同，B正確，且頻率與波長成反比，C錯誤． 【答案】　B 1．下列說法正確的是(　　) A．頻率越高的電磁波傳播速度越大 B．波長越短的電磁波傳播速度越大 C．頻率越高的電磁波，波長越短 D．波長不同的電磁波，頻率不同，因此速度不同 【解析】　電磁波在真空中的傳播速度與頻率和波長均無關(guān)，A、B、D均錯誤，電磁波的頻率和波長成反比，C正確． 【答案】　C 電磁波的傳播及應用 【問題導思】　 1．電磁波有哪三種傳播方式？ 【提示】　地波、天波、空間波． 2．雷達有哪些用途？ 【提示】　測距、定位． 1．無線電波三種傳播方式的比較 傳播 方式 概念 優(yōu)點 缺點 適用波段 地波 沿地球表面?zhèn)鞑サ臒o線電波 比較穩(wěn)定 傳播過程中消耗部分能量 長波段和中波段 天波 靠大氣中電離層的反射傳播的無線電波 受地面障礙的影響較小 傳播不穩(wěn)定 短波 空間 波 像光束那樣沿直線傳播的無線電波 受外界干擾小 不能進行遠距離傳播，若進行遠距離傳播要借助于中繼站 微波和超短波 2.雷達的作用及工作原理 (1)雷達是利用電磁波進行測距、定位的儀器． (2)在發(fā)射端，把電磁脈沖——持續(xù)時間很短的電磁波發(fā)射出去，如途中碰到物體，就會反射回來一部分電磁波．測定發(fā)射波與反射波之間的時間差，便可確定物體的位置． (3)如果反射脈沖信號是在發(fā)射脈沖信號后Δt的時間收到的，則目標距離雷達為s＝cΔt.根據(jù)信號的方向和仰角，還可以確定目標的方位． 　下列說法正確的是(　　) A．微波和超短波一般采用空間波傳播 B．視頻傳輸、移動電話一般采用地波傳播方式 C．空間波可直接傳播到很遠處 D．電視和雷達的傳播方式主要是空間波，這種傳播方式在傳輸過程中受外界的干擾最小 【審題指導】　根據(jù)無線電波三種傳播方式的特點和主要適用的波段來分析． 【解析】　微波和超短波一般采用空間波傳播，由于空間波沿直線傳播，不能進行遠距離傳播，要進行遠距離傳播要借助中繼站，故A對、C錯，空間波在傳播過程中受外界干擾小，視頻傳播、移動電話、雷達等都主要采用空間波．故B錯D對，故選A、D. 【答案】　AD 無線電波在沿地面或在大氣層中傳播時，由于不同波長的無線電波衍射和波被吸收的特點各不相同，不同波長的無線電波在傳播方式上也各不相同，主要有地波、天波和空間波三種方式． 2．雷達是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中重要的軍事裝備，若雷達向飛機發(fā)出的微波從發(fā)射到反射回來的時間為52 μs(1 μs＝10－6 s)，微波的傳播速度等于光速，則微波的傳播速度大小為______ m/s，此時飛機與雷達的距離為 ______ m. 【解析】　微波的傳播速度為3108 m/s， 從發(fā)射到接收， 微波走過的路程為s＝vt＝31085210－6 m＝15 600 m. 所以飛機與雷達距離為＝7 800 m. 【答案】　3108　7 800 【備課資源】(教師用書獨具) 網(wǎng)絡家電在我們身邊 隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，家用電器的研發(fā)和革新也開始走向了信息化，就是人們隨手可及的電視機、電話機、電冰箱等最“古老”的家電，在國外已被重新“包裝”為“網(wǎng)絡家電”，給“老古董”賦予了新的功能，成為21世紀的寵兒． 電視機接上了互聯(lián)網(wǎng)，用戶在看電視節(jié)目的同時，還可任意在互聯(lián)網(wǎng)上沖浪，并可以把與電視節(jié)目有關(guān)的網(wǎng)址下載，還可以通過E－mail傳送視頻、音頻及靜態(tài)圖像，如接上打印機，就可以把你所要的資料打印出來；網(wǎng)絡可視電話與家用電腦連接，通過聲卡軟件、麥克風和視屏，不僅可以在網(wǎng)上可視聊天，還能通過互聯(lián)網(wǎng)拔打國際電話，而且音像清晰、收費便宜；網(wǎng)絡信息冰箱則可通過液晶顯示屏上網(wǎng)，接收有線電視或網(wǎng)絡服務信息，并可通過主頁傳遞家庭電子郵件或各類信息；網(wǎng)絡收音機通過通信衛(wèi)星接收全球1 000多家廣播電臺的信號，調(diào)頻清晰，音質(zhì)優(yōu)秀，并可通過互聯(lián)網(wǎng)收聽各種綜合服務信息；凡此種種，網(wǎng)絡家電的市場真是無處不在，觸手可及. 網(wǎng)絡家電的聲勢不僅在國外浩蕩．在國內(nèi)也是同樣的日新月異．海爾集團推出了銀灰色系列，這是海爾集團經(jīng)過3年的潛心研發(fā)而獻給全國人民乃至全世界人民的高技術(shù)成果．他們的一整套網(wǎng)絡家電包括網(wǎng)絡微波爐、網(wǎng)絡冰箱、網(wǎng)絡洗衣機、網(wǎng)絡空調(diào)、網(wǎng)絡熱水器、網(wǎng)絡攝像機、可視電話等十幾個門類的近百個品種，當你置身于海爾的家電樣板間時，如同進入了一個信息化的社會，讓你無時無刻不感覺到高科技的存在．長虹集團與IBM進行專項技術(shù)交流，就“交互式寬帶多媒體信息網(wǎng)”投入商業(yè)運作問題建立戰(zhàn)略合作，開始進軍有線電視網(wǎng)絡；海信也隨即推出了網(wǎng)絡電腦，可通過電話遙控開機、關(guān)機，并可以隨時控制家里所有的電器是否工作． 目前，國內(nèi)外的廠商和研發(fā)機構(gòu)都在進行網(wǎng)絡家電的開發(fā)，目的是讓“老家電”賦予新的生命，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)增值服務．在國際家電市場上，先進的技術(shù)日新月異．通過互聯(lián)網(wǎng)的高速傳遞，新一輪的技術(shù)革命很快就在國內(nèi)展開．為了適應網(wǎng)絡時代的發(fā)展，微軟公司正和一群家電軟、硬件制造商聯(lián)手，研制、開發(fā)網(wǎng)絡家電技術(shù)．據(jù)悉，微軟公司將于近年推出第一批智能型即插即用家電．家電網(wǎng)絡化已是大勢所趨，要想在風云變幻的市場上爭得一席之地，必須提高產(chǎn)品的科技含量，順應時代發(fā)展的潮流． 1．按頻率由大到小的順序，下列排列正確的是(　　) A．γ射線→X射線→紫外線→紅外線→可見光→無線電波 B．無線電波→紫外線→可見光→紅外線→γ射線→X射線 C．紅外線→可見光→紫外線→X射線→γ射線→無線電波 D．γ射線→X射線→紫外線→可見光→紅外線→無線電波 【解析】　對同一電磁波，其波長和頻率成反比，按波長由小到大或按頻率由大到小的順序均為：γ射線→X射線→紫外線→可見光→紅外線→無線電波，故選項D正確． 【答案】　D 2．關(guān)于無線電波傳播方式——地波，下列說法不正確的是(　　) A．所有的無線電波都能很好地繞過幾乎所有的障礙物 B．地波傳播方式比較適合于長波段和中波段 C．無線電波的波長越長，地面的吸收就越小 D．地面的電性質(zhì)在短時間內(nèi)不會有大的改變，因此地波的傳播比較穩(wěn)定 【解析】　當電磁波的波長大于或相當于障礙物的尺度時，可繞過障礙物，短波和微波的繞射能力很差，故A錯，由地波的特點可判定B、C、D均正確． 【答案】　A 3．下列通訊工具利用微波傳播的是(　　) A．衛(wèi)星電視　　　　　　　 B．導航 C．無線電廣播 D．有線電話 【解析】　長波主要用于導航、報時，中波用于無線電廣播，短波用于電話、電報、廣播等，微波用于衛(wèi)星通信等，A正確． 【答案】　A 學業(yè)達標測評(十七) (建議用時：45分鐘) 1．關(guān)于電磁波，下列說法正確的是(　　) A．光不是電磁波 B．電磁波需要有介質(zhì)才能傳播 C．只要有電場和磁場，就可以產(chǎn)生電磁波 D．真空中，電磁波的傳播速度與光速相同 【答案】　D 2．電視各頻道所用的傳遞圖像信號的電磁波波段屬于(　　) A．長波　　 B．中波　　　 C．短波　　 D．微波 【解析】　因為微波段是利用空間波傳播的，空間波在傳輸過程中受外界干擾最小，在視頻傳輸、移動電話等方面很適合應用．故電視信號應用微波． 【答案】　D 3．下列各組電磁波，按波長由長到短的正確排列是(　　) 【導學號：31870042】 A．γ射線、紅外線、紫外線、可見光 B．紅外線、可見光、紫外線、γ射線 C．可見光、紅外線、紫外線、γ射線 D．紫外線、可見光、紅外線、γ射線 【解析】　在電磁波譜中，電磁波的波長從長到短排列順序依次是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線，由此可判定選項B正確． 【答案】　B 4．下列說法錯誤的是(　　) A．電磁波的傳播過程也是能量傳播過程 B．電磁波是一種信息 C．衛(wèi)星通信是依靠電磁波實現(xiàn)信息傳遞的一種方式 D．無線電廣播依靠無線電波傳播信息 【解析】　電磁波產(chǎn)生于變化的電磁場，是一種物質(zhì)，具有能量，因此，電磁波向外傳播的過程包含著能量的向外傳播，故選項A正確；電磁波的強弱、頻率的變化包含著某種信息，而電磁波本身并不是信息，只是一種信息的載體，故選項B錯誤；電磁波理論的發(fā)展、完善使利用電磁波傳遞信息成為現(xiàn)實，常見的方式有無線電廣播通信、衛(wèi)星通信、移動通信等，所以只有選項B錯誤． 【答案】　B 5．當電磁波的頻率增加時，它在真空中的速度將(　　) A．減小 B．增大 C．不變 D．以上都不對 【解析】　任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都相同． 【答案】　C 6．目前雷達發(fā)射的電磁波頻率多在200 MHz至1 000 MHz的范圍內(nèi)．下列關(guān)于雷達和電磁波的說法正確的是(　　) A．真空中上述雷達發(fā)射的電磁波的波長范圍在0.3 m至1.5 m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．波長越短的電磁波，反射性能越強 【解析】　真空中電磁波的傳播速度為3.0108 m/s.由v＝λf得λ1＝ m＝1.5 m，λ2＝ m＝0.3 m，所以A正確；周期性變化的電場或磁場才能產(chǎn)生電磁波，B錯誤；測出電磁波從發(fā)射到接收的時間，由s＝vt求出傳播距離進而求出雷達和目標的距離，C正確；波長越短的電磁波，遇到障礙物越不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，因而反射性能越強，D正確． 【答案】　ACD 7．關(guān)于長波的下列說法中正確的是(　　) A．長波是電磁波譜中波長最短的電磁波 B．長波能夠很好地繞過幾乎所有的障礙物，最適合的傳播方式是地波傳播 C．電離層對長波的反射作用和吸收作用都很強 D．長波的波長長、頻率低；電磁輻射強度越小，對人的危害就越小 【解析】　長波的波長最長，因此選項A不正確．波長越長，越容易繞過各種障礙物，電離層的反射作用越明顯，電離層的吸收作用越強，因此，B、C是正確的．電磁波的輻射強度越大，波長越短，頻率越高，與電器的距離越近，接觸時間越長，對人體的危害就越大，因此D答案是正確的．故正確答案是B、C、D. 【答案】　BCD 8．宇航員在太空離開航天飛機的密封艙從事修復衛(wèi)星等工作時，必須通過無線電對講機交談傳遞信息，這是因為(　　) A．宇航員穿著全封閉式增壓宇航服，他們之間無法直接對話 B．艙外宇航員和航天飛機內(nèi)的宇航員之間相隔距離較遠 C．在遠離地面的太空沒有空氣 D．利用無線電波傳遞信息較慢 【解析】　電磁波能在真空中傳播，而聲波則需要介質(zhì)才能傳播，所以宇航員在沒有空氣的太空中交流必須利用電磁波來完成． 【答案】　C 9．波長為300 m的電磁波，以下分析正確的是(　　) A．它的傳播速度總是3108 m/s B．它的頻率是106 Hz C．它在水中傳播的波長仍為300 m D．它在水中傳播時的頻率大于106 Hz 【解析】　該電磁波的頻率f＝＝ Hz＝106 Hz，B對，在水中波速和波長變小，而頻率不變． 【答案】　B 10．手機放在電視機旁邊，當有電話來時，電視機畫面會出現(xiàn)一些“雪花”，這是為什么？并且長時間通話，有出現(xiàn)頭暈的情況，這是為什么？ 【解析】　手機信號是以微波形式發(fā)射和接收的，放在電視機旁的手機接收信號時，干擾了電視機對電磁波的接收．長時間通話出現(xiàn)頭暈這是因為長時間通話受到過量電磁輻射對人體會造成危害． 【答案】　見解析 11．物理學在國防科技中具有重要的意義．例如在導彈攔截試驗中利用衛(wèi)星把甲導彈發(fā)射的信息經(jīng)過地面控制站傳到指揮部，通信距離(往返)達16萬千米，通信所用時間為________s．甲導彈飛行時間為7 min，而衛(wèi)星把信息經(jīng)過地面控制站傳到指揮部，從指揮部發(fā)出指令到乙導彈雷達系統(tǒng)需要5 min，乙導彈從發(fā)射到擊中甲導彈的過程必須在2 min內(nèi)完成．乙的雷達有效距離為150 km，雷達從發(fā)出電磁波到接收到電磁波的最長時間為________s，從發(fā)現(xiàn)到擊中目標有1 min就夠了．從以上可看出，可以輕松進行攔截，這與通信時間極短有很大關(guān)系． 【解析】　因為電磁波傳播的速度v＝3108 m/s，故通信所用的時間t1＝＝ s≈0.53 s，雷達從發(fā)出電磁波到接收到電磁波最長時間為t2＝ s＝10－3 s. 【答案】　0.53　10－3 12．“為了您和他人的安全，請您不要在飛機上使用手機和手提電腦”，這句提醒警示語是坐過飛機的乘客都聽到過的語言．因為有些空難事故就是由于某位乘客在飛機的飛行中使用手機所造成的.1996、1998年都出現(xiàn)過此類事件，1999年廣州白云機場飛機降落時，機上有四位旅客同時使用了手機．使飛機降落偏離了8度，險些造成事故． 根據(jù)資料回答問題： 請問為什么在飛機上不能使用手機和手提電腦呢(包括游戲機)? 【解析】　由于手機在使用時要發(fā)射電磁波，對飛機產(chǎn)生電磁干擾，而飛機上的導航系統(tǒng)是非常復雜的，抗干擾能力不是很強，所以如果飛機上的乘客使用了手機，對飛機導航系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，那么后果將十分可怕．所以，在飛機上不要使用手機和手提電腦(包括游戲機)． 【答案】　見解析