2020学年高中物理第6章电磁波与信息时代第1节电磁波载息传万里学案鲁科版选修1_1
2019版高中物理第6章电磁波与信息时代学业分层测评17电磁波载息传万里鲁科版选修1_1
学业分层测评(十七)电磁波载息传万里(建议用时：45分钟)[学业达标]1．关于电磁波，下列说法正确的是()A．光不是电磁波B．电磁波需要有介质才能传播C．只要有电场和磁场，就可以产生电磁波D．真空中，电磁波的传播速度与光速相同【答案】D2．电视各频道所用的传递图像信号的电磁波波段属于()A．长波B．中波C．短波D．微波【解析】因为微波段是利用空间波传播的，空间波在传输过程中受外界干扰最小，在视频传输、移动电话等方面很适合应用．故电视信号应用微波．【答案】D3．下列各组电磁波，按波长由长到短的正确排列是()A．γ射线、红外线、紫外线、可见光B．红外线、可见光、紫外线、γ射线C．可见光、红外线、紫外线、γ射线D．紫外线、可见光、红外线、γ射线【解析】在电磁波谱中，电磁波的波长从长到短排列顺序依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线，由此可判定选项B正确．【答案】B4．下列说法错误的是()A．电磁波的传播过程也是能量传播过程B．电磁波是一种信息C．卫星通信是依靠电磁波实现信息传递的一种方式D．无线电广播依靠无线电波传播信息【解析】电磁波产生于变化的电磁场，是一种物质，具有能量，因此，电磁波向外传播的过程包含着能量的向外传播，故选项A正确；电磁波的强弱、频率的变化包含着某种信息，而电磁波本身并不是信息，只是一种信息的载体，故选项B错误；电磁波理论的发展、完善使利用电磁波传递信息成为现实，常见的方式有无线电广播通信、卫星通信、移动通信等，所以只有选项B错误．【答案】B5．当电磁波的频率增加时，它在真空中的速度将()A．减小B．增大※推荐下载※※推 荐 下 载※ C ．不变D ．以上都不对【解析】 任何频率的电磁波在真空中的传播速度都相同．【答案】C6．(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz 至1 000 MHz 的范围内．下列关于雷达和电磁波的说法正确的是()A ．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m 至1.5 m 之间B ．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C ．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D ．波长越短的电磁波，反射性能越强【解析】 真空中电磁波的传播速度为3.0×108 m/s.由v ＝λf 得λ1＝3.0×108200×106m ＝1.5 m ，λ2＝3.0×1081 000×106m ＝0.3 m ，所以A 正确；周期性变化的电场或磁场才能产生电磁波，B 错误；测出电磁波从发射到接收的时间，由s ＝vt 求出传播距离进而求出雷达和目标的距离，C 正确；波长越短的电磁波，遇到障碍物越不容易发生衍射现象，因而反射性能越强，D 正确．【答案】ACD7．(多选)关于长波的下列说法中正确的是()A ．长波是电磁波谱中波长最短的电磁波B ．长波能够很好地绕过几乎所有的障碍物，最适合的传播方式是地波传播C ．电离层对长波的反射作用和吸收作用都很强D ．长波的波长长、频率低；电磁辐射强度越小，对人的危害就越小【解析】 长波的波长最长，因此选项A 不正确．波长越长，越容易绕过各种障碍物，电离层的反射作用越明显，电离层的吸收作用越强，因此，B 、C 是正确的．电磁波的辐射强度越大，波长越短，频率越高，与电器的距离越近，接触时间越长，对人体的危害就越大，因此D 答案是正确的．【答案】BCD8．宇航员在太空离开航天飞机的密封舱从事修复卫星等工作时，必须通过无线电对讲机交谈传递信息，这是因为()【导学号：18152122】A ．宇航员穿着全封闭式增压宇航服，他们之间无法直接对话B ．舱外宇航员和航天飞机内的宇航员之间相隔距离较远C ．在远离地面的太空没有空气D ．利用无线电波传递信息较慢【解析】 电磁波能在真空中传播，而声波则需要介质才能传播，所以宇航员在没有空气的太空中交流必须利用电磁波来完成．【答案】C[能力提升]9．波长为300 m 的电磁波，以下分析正确的是()A ．它的传播速度总是3×108m/s※推 荐 下 载※ B ．它的频率是106HzC ．它在水中传播的波长仍为300 mD ．它在水中传播时的频率大于106 Hz【解析】 该电磁波的频率f ＝c λ＝3×108300Hz ＝106 Hz ，B 对，在水中波速和波长变小，而频率不变． 【答案】B10．手机放在电视机旁边，当有电话来时，电视机画面会出现一些“雪花”，这是为什么？并且长时间通话，有出现头晕的情况，这是为什么？【解析】 手机信号是以微波形式发射和接收的，放在电视机旁的手机接收信号时，干扰了电视机对电磁波的接收．长时间通话出现头晕这是因为长时间通话受到过量电磁辐射对人体会造成危害．【答案】 见解析11．物理学在国防科技中具有重要的意义．例如在导弹拦截试验中利用卫星把甲导弹发射的信息经过地面控制站传到指挥部，通信距离(往返)达16万千米，通信所用时间为________s ．甲导弹飞行时间为7 min ，而卫星把信息经过地面控制站传到指挥部，从指挥部发出指令到乙导弹雷达系统需要5 min ，乙导弹从发射到击中甲导弹的过程必须在2 min 内完成．乙的雷达有效距离为150 km ，雷达从发出电磁波到接收到电磁波的最长时间为________s ，从发现到击中目标有1 min 就够了．从以上可看出，可以轻松进行拦截，这与通信时间极短有很大关系．【解析】 因为电磁波传播的速度v ＝3×108 m/s ，故通信所用的时间t 1＝s v ＝1.6×1083×108s≈0.53 s，雷达从发出电磁波到接收到电磁波最长时间为t 2＝1.5×105×23×108s ＝10－3 s. 【答案】0.5310－312．“为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑”，这句提醒警示语是坐过飞机的乘客都听到过的语言．因为有些空难事故就是由于某位乘客在飞机的飞行中使用手机所造成的.1996、1998年都出现过此类事件，1999年广州白云机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机．使飞机降落偏离了8度，险些造成事故．根据资料回答问题：请问为什么在飞机上不能使用手机和手提电脑呢(包括游戏机)?【导学号：18152123】【解析】 由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上的导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以如果飞机上的乘客使用了手机，对飞机导航系统产生电磁干扰，那么后果将十分可怕．所以，在飞机上不要使用手机和手提电脑(包括游戏机)．【答案】 见解析。
高中物理第6章电磁波与信息时代第3节信息时代的电子“感官”学案鲁科版选修1_101113108.doc
第3节信息时代的电子“感官”[先填空]1．传感器(1)定义：能够感受外部信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置．(2)原理：能够将非电学量转化成电学量．它处于被测量信息输入的第一道关口，能够感受到被测量的各种信息，并能将感受到的信息通过电路处理变换成电信号输出．(3)非电学量：温度、湿度、光线、声音、力、位置、位移、速度、流量等，它们不能直接进行自动化信息处理和交换．2．传感器的分类传感器的类型非常多，根据测量的非电学量不同，传感器可分为温度传感器、光传感器、压力传感器、磁传感器、气体传感器、湿度传感器、射线传感器等；按工作原理的不同，传感器有电阻、电容、电感、电压、热电偶、红外线等类型．3．传感器如何传感信息传感器是由敏感元件、转换元件(处理电路)及辅助电源组成的．敏感元件是能敏锐地感受某种物理信息并将其转变为电信号的特种电子元件．转换元件是将信号进行放大和滤波处理，随后将电信号转换为数字信号输出的装置．[再判断]1．传感器就是传递某种信息的电学元件．(×)2．所有传感器的工作原理都是一样的．(×)[后思考]在一些楼道、走廊等公共场所，都装有一种“节能”灯，白天灯不会发光，晚上安静时灯也不工作．若晚上有一定的声音，如脚步声或击掌声，灯会马上亮起来，过一会儿安静后又自动熄灭．请简单说明它的工作原理．【提示】利用光传感器和声传感器控制开关．在光较暗时，若声传感器接收到声音，电路接通，灯泡发光；无声音和在白天时，电路断开，灯不发光．1．传感器能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用于输出信息的器件或装置．2．人是通过下面五种感觉(如图631)接收外界信息的，因此人本身就是高级传感器．图6313．组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量(1)敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料对某一物理量敏感的特性制成的．温度传感器常用的敏感元件有：双金属片、光敏电阻、热敏电阻等．(2)转换元件的作用是把敏感元件输出的与被测物理量满足一定关系的非电信号转换为电信号的电子元件．(3)转换电路的作用是将转换元件转换的电信号转换成易于传播或测量的电学量输出．1．(多选)关于传感器的下列说法正确的是( )A．电视机遥控器就是一个传感器B．传感器是一种能够将非电学量转换为电学量的检测装置C．传感器是实现信息自动检测和自动控制的首要器件D．无人管理的自动灌溉系统是温度传感器在农业生产中的应用【解析】电视机的遥控器是一种发射和接收红外线的装置，不是传感器，故A错；自动灌溉系统是一种利用湿度传感器判断农田水分蒸发情况、自动决定供水和停水的装置，故D错．选B、C.【答案】BC2．唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是( )【导学号：18152126】A．该传感器是根据电流的磁效应进行工作的B．该传感器是根据电磁感应的原理进行工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电流【解析】当声波使膜片前后振动时，膜片后的线圈就跟着振动，从而使处于永磁体磁场的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量变化，产生感应电流．从而将声音信号转化为电信号．可见这是利用了电磁感应原理，故只有B正确．【答案】 B3．关于传感器及其作用，下列说法正确的是( )A．传感器一定是把非电学量转换为电学量B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器【解析】传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是一种现象，不是元件和装置，不能称为传感器．【答案】 C1．传感器的广泛应用传感器被广泛应用于工业自动化、农业生产、家用电器和航空、航天领域中．2．常用传感器(1)双金属片温度传感器：利用两片金属的热膨胀系数不同，在温度变化时两片金属伸长或缩短量不同而弯曲，从而控制电路的通断．应用：电熨斗、恒温箱等．(2)热敏电阻温度传感器：利用热敏电阻器的电阻值随温度变化而改变的特点，在温度变化时，热敏电阻器的电阻值发生变化，从而引起电路中电流和电压的变化．应用：空调、电冰箱、微波炉、消毒柜等．(3)光敏电阻传感器：利用光敏电阻器的电阻值随光照的强度变化而改变的特点．无光照时，光敏电阻器的电阻值很大，有光照时，光敏电阻器的电阻值变小，从而引起电路中电流和电压的变化．应用：工业自动化控制、光电计数器等．(4)红外线传感器：接收携带信息的红外线，转换成电信号，从而获得红外线辐射源的相关信息．应用：航空摄影、卫星遥感遥测、自动门、红外线测温仪、防盗防火警报器、家用电器遥控器等．(5)另外还有压力传感器、生物传感器、气味传感器等．4．按图632所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是________；用电吹风对热敏电阻加热一会儿，会发现小灯泡________，原因是________；停止吹风，会发现________；把热敏电阻放入冷水中会发现________．图632【解析】由于热敏电阻温度低时阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁．对热敏电阻加热其阻值减小后，电路电流变大，电磁铁把衔铁吸下后接通右侧电路，灯变亮．停止吹风小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高；把热敏电阻放入冷水后，温度降低，小灯泡熄灭．【答案】见解析5．在地震救援行动中，救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了( )A．红外线传感器B．压力传感器C．振动传感器D．电容传感器【解析】伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器可以感知人与周围环境的差别，且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员，故应选A.【答案】 A6．(多选)如图633所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )【导学号：18152127】图633A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次【解析】R1为光敏电阻，当有光照射时，R1的阻值变小，R2上的电压变大，信号处理系统获得高电压．由题意知，当传送带上的物体挡住光时，信号处理系统获得低电压，这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字，实现自动计数的功能，达到自动计数的目的．【答案】AC自动计数器是利用光敏电阻对光的敏感特性将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，并将电路中的电压用信号处理系统识别以达到计数的目的.精美句子1、善思则能“从无字句处读书”。
高中物理3.2电磁波的发射、传播和接收 教案 1 鲁科版选修3-4
电磁波的发射、传播和接收一、《课标》要求对本节的要求是比较低的“了解”层次。
做好赫兹实验使学生了解电磁波的发射，不同波长的电磁波的传播特点是很有用的常识，应该了解。
电磁波的接收重在其物理过程，学生可做常识性了解。
二、教学方法和设想采用教师传授学生自主学习与同学讨论交流相结合的教学方法,注重过程与方法,做好模仿赫兹实验的实验,大部分内容可让学生自主学习,有难点则可通过讨论交流及教师点拨及时来突破。
三．教学目标知识与技能了解赫兹实验及其意义。
了解开放电路和实际发射电磁波的过程。
知道电磁波的三种传播方式及其特点。
了解电磁波的接收原理和过程。
2.过程与方法(1)通过对赫兹实验的过程与分析和阅读“资料活页”,体会解决问题,应抓住关键，并善于类推和联想。
(2)通过“讨论与交流”，学会及时应用所学知识解释相关问题。
3.情感.态度.与价值观(1)通过观察实验，体验赫兹成功的喜悦。
(2)体会“心动不如行动”。
(3)通过马可尼.波波夫的成功,感悟科学是人类创造发明的基础,体会科学只有融入技术中才能真正造福人类。
四.教学重点1.电磁波有效发射的条件，调制的含义及调制方式。
2.无线电波的传播方式及其应用。
3.无线电波接收原理。
五.教学难点1.无线电波调制的含义和方式的区别。
2.“电谐振”概念的形成。
六.实验器材四根铜管、感应圈、发光二极管、支架等。
七.教学过程1.新课引入：引导:科学(麦克斯韦电磁场理论)转化为生产力通过“技术”这个环节，重温赫兹发现电磁波的过程。
启发:从共鸣现象-------到电磁波的共鸣-------捕捉电磁波模仿：赫兹实验，请学生观察(1)接收器上的发光二极管在什么情况下才会亮。
(2)接收处于不同位置,发光二极管的的亮度如何变化。
提示：(1)发射端两小球间产生火花放电时接收器上的发光二极管才会亮。
(2)接收器慢慢远离发射器时,在一定距离内发光二极管亮度不明显,但超过一定距离后,发光二极管明显变暗,甚至熄灭,当接收器与发射器平行放置慢慢转过一定角度时,发光二极管的亮度随之变暗, 甚至熄灭。
2019-2020学年鲁科版物理选修3-4同步配套学案：第3章 第2节 电磁波的发射、传播和接收 第3节 电磁波的应
第2节电磁波的发射、传播和接收第3节电磁波的应用及防护1.了解电磁波的发射、传播和接收的基本原理．知道调制、调谐、电谐振、解调(检波)等概念的意义及区别．2.了解无线电波的三种主要传播途径及其特点．3.知道电磁波谱及其组成部分的特点和作用，知道光是电磁波．(重点)4．了解电磁波的应用及对其危害的防护措施．一、电磁波的发射1．发射条件(1)振荡频率足够高；(2)电场、磁场尽可能分布到较大的空间．2．开放电路为了满足发射条件，可以减小电容器的极板面积，增大极板间距，使电容器变成两条长的直导线，一条深入高空成为天线，另一条接入地下成为地线，形成开放电路．3．电磁波的调制把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫做调制，常用的调制方式有调频和调幅两种．1．(1)静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用．()(2)当电磁波在空间传播时，电磁能也随着一起传播．()(3)电磁波的传播速度与介质无关．()(4)调制的两种方法是调谐和调频．()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×二、电磁波的传播1．无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和空间波．2．地波是沿地球表面空间传播的无线电波．在无线电技术中，通常采用地波的形式传播长波、中波和中短波．3．天波是靠大气层中电离层的反射传播的无线电波．短波最适合采用天波的形式传播．4．空间波是像光束那样沿直线传播的无线电波．这种传播方式适用于超短波和微波通信，此外卫星中继通信，卫星电视转播等也主要是利用空间波作为传输途径．1．电台发射的电磁波能向无限远处传播吗？提示：不能，因为电磁波在传递信息的同时，也传递能量，当电磁波遇到导体时，会在导体内产生电流而消耗能量．能量损失越多，传播的距离越近．三、电磁波的接收1．电谐振现象当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生电流最强的现象．与机械振动中的共振现象类似．2．调谐在无线电技术中，对空间存在的各种频率电磁波，需要选择某一种特定的频率接收的过程．3．调谐电路能够进行调谐的接收电路．调节调谐电路可调电容或电感，改变电路的固有频率，使它与要接收的电台的电磁波的频率相同，这个电磁波在调谐电路里激起的电流最强．2．你知道收音机是如何进行选台的吗？提示：收音机中的LC调谐电路是由电感线圈和可变电容器组成的，通过调节可变电容器的电容．改变LC电路的固有频率，使得当它的固有频率与某一电磁波的频率相同时，产生电谐振，从而把该频率的电磁波接收下来．四、电磁波谱1．电磁波谱的构成：电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等．2．不同电磁波的特点(1)电磁波谱中的各种波有一定的频率范围，都具有反射、折射、干涉和衍射的特性，在真空中的传播速度均等于光速，都满足c＝λf.(2)可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段，颜色依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．其中红光的波长最长，频率最小，紫光的波长最短，频率最大．(3)电磁波谱中，X射线和γ射线的波长最短，无线电波的波长最长．2．(1)电磁波只能无线传输．()(2)X射线是电磁波，它由速度较高的电子构成．()(3)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度．()(4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪．()提示：(1)×(2)×(3)×(4)×五、电磁波的应用1．红外线和紫外线的应用(1)红外线：具有明显的热效应，利用红外线的这种效应，制成了红外烤箱、红外线炉等；利用红外线还可制成夜视仪、遥感器等．(2)紫外线：紫外线能使很多物质发出荧光，很容易让底片感光．当紫外线照射人体时，能使人体合成维生素D，可以预防佝偻病，但过量的紫外线会伤害人体，应注意防护．紫外线还具有杀菌作用，医院里的病房利用紫外线消毒；银行利用紫外线灯鉴别钞票的真伪．2．无线电波的应用(1)雷达①雷达的概念：是一种用来检测飞行器、船只等远距离物体位置的系统．②雷达的工作原理：电磁波遇到障碍物会被反射，根据信号的返回时间和方向，判断物体的方位．③雷达的用途：探测目标、导航、预报天气、绘制地图．(2)移动电话①功能：使用户接收到通话对方送来的信息，并能发送自己的信息．②特点：需通过无线基站转接实现自由通话．3．(1)电视信息包括图像信号和声音信号．()(2)雷达是利用超声波进行测定物体位置的．()提示：(1)√(2)×六、电磁污染及防护1．电磁污染又称电磁波污染或射频辐射污染．研究发现，电磁辐射会危害人体健康，波长越短，危害越突出，过量的电磁波辐射对心脏、血液和眼睛等都有很大的危害．2．电磁波污染的防治从物理学角度看，可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人这三个方面进行防护．3．电磁辐射会给人们的生活和生产带来哪些不利影响？提示：电磁辐射的干扰使电视图像不清晰或变形，并伴有噪声，会干扰通信系统，使自动化装置发生故障等．电磁波的发射与接收1．电磁波的发射(1)无线电波发射的开放电路①有效发射电磁波的条件．a．高频电路：理论研究证明了发射电磁波的功率与振荡频率的4次方成正比．频率越高，发射电磁波的本领越大．b．开放电路：振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去．②实际应用中的开放电路是由天线与地线和匝数很少的线圈组成的，对应的L、C都很小，以满足电磁波频率高的条件．(2)无线电波的调制信息转化为电信号后，往往由于信号频率低、能量低不能直接用来发射，需要把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上再发射出去，就是调制．相当于把货物搭载到卡车或飞机上．调制的方式又可分为调频和调幅．2．电磁波的接收(1)电谐振：当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路中的振荡电流最强，就是电谐振．相当于机械振动中的共振．空中有许多不同频率的电磁波在传播，为了接收到我们需要的电磁波，要调整接收电路的固有频率，使之与我们需要的电磁波的频率相同(产生电谐振)，这就是调谐．(2)解调：从接收到的高频电流中“检出”所携带的信号，相当于把运到目的地的货物从火车、飞机等运载工具上卸载下来，这就是解调．解调是调制的逆过程，又叫检波．(1)电磁波在传递信息的同时，也传递能量．但在传递的过程中能量会不断减小，而信息不变．(2)调谐与电谐振不同，调谐是一个调节过程，电谐振是一种物理现象，也就是电磁振荡中的“共振”．(多选)为了增大无线电台向空间辐射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采取下列哪些措施()A．增大电容器极板的正对面积B．增大电容器极板的间距C．增大自感线圈的匝数D．采取开放电路[解析]要增大无线电台向空间辐射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝12πLC知，可减小L和C以提高f.要减小L可采取减少线圈匝数，向外抽或抽出铁芯的办法，要减小C 可采取增大极板间距，减小极板正对面积，减小介电常数的办法，故选项B正确，选项A、C错误．开放电路向外辐射能量的能力强，故D正确．[答案]BD对电磁波的理解1．对电磁波的理解(1)电磁波是一种物质，像电场、磁场一样它是客观存在的真实物质，是物质存在的另一种形式．(2)电磁波具有能量，以电磁场的形式存在的能量，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播．(3)电磁波不需要其他介质就能传播．(4)电磁波的能量与频率有关，频率越高，能量越大．(5)电磁波在真空中的传播速度是c＝3.0×108 m/s.(6)电磁波能传递信息．2．各种电磁波共性与个性的比较(1)共性①它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义．②都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s.③它们的传播都不需要介质．④它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性．⑤都是横波．(2)个性①不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长、衍射能力越强可作通讯用途，波长越短穿透能力越强．②同频率的电磁波，在不同介质中传播速度不同．不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小．③应用范围不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒．X射线应用于医学上的X光照片．γ射线用于检查金属部件的缺陷．(1)不同频率的电磁波在真空或空气中的传播速度相同，而在同一介质中的传播速度并不相同．(2)X射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力最强，X射线能穿过人体，通常作人体透视，而γ射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以做探测金属砂眼的射线．图中A为某火箭发射场，B为山区，C为城市．发射场正在进行某型号火箭的发射试验．为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号．已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550 m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发________________(选填“无线电广播信号”或“电视信号”)．这是因为________________________________________________________________________．[思路点拨]根据电磁波的波长确立电磁波的途径．[解析]从题中知，传输无线电广播所用电磁波波长为550 m，根据波发生明显衍射现象的条件，可知该电磁波很容易发生衍射现象，绕过山区而传播到城市所在的C区，因而不需要转发装置．电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，其波长很短，衍射现象很不明显，几乎沿直线传播，能传播到山顶却不能传播到城市所在的C区，要想使信号传到C区，必须通过建在山顶的转发站来转发．[答案]见解析1.关于电磁波的传播，下列叙述正确的是()A．电磁波频率越高，越易沿地面传播B．电磁波频率越高，越易发生衍射现象C．电磁波在各种介质中传播时波长恒定D．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍除两极外的世界各地解析：选D.电磁波频率越高，波长就越短，绕过地面障碍物的本领就越差，且地波在传播过程中的能量损失随频率的增高而增大，A错误．随着电磁波频率的增大，其传播形式跟光相似，越不易发生衍射现象，B错误．电磁波在各种介质中传播时，频率不变，但传播速度不同，波长不同，C错误．由于同步通讯卫星相对于地面静止在赤道上空36 000 km高的地方，用它来作微波中继站，只要有三颗这样的卫星，就可以把微波信号传遍全世界，D正确．对电磁波谱的理解1．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，按电磁波的波长或频率大小的顺序排列成谱，叫做电磁波谱．2．不同电磁波的特点及应用特性用途无线电波波动性强通讯、广播、导航红外线热作用强加热、遥感、红外线制导可见光感光性强照明、照相等化学作用、紫外线日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等荧光效应X射线穿透力强检查、探测、透视、治疗γ射线穿透力最强探测、治疗3.从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为遵从共同的规律，都具有反射、折射、衍射和干涉的特征；在真空中传播速度均等于光速．但它们因波长(或频率)不同又表现出不同的特点．在电磁波谱中，红外线、可见光和X射线三个波段的频率大小关系是()A．红外线的频率最大，可见光的频率最小B．X射线频率最大，红外线的频率最小C．可见光的频率最大，红外线的频率最小D．X射线频率最大，可见光的频率最小[思路点拨]解答本题要注意以下两点(1)电磁波在真空中波速相同．(2)三波段中红外线波长最长，X射线波长最短．[解析]在三波段中，红外线波长最长，X射线最短，由c＝λf知，红外线频率最小，X射线频率最大，B正确．[答案] B2.(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是()A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B．红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的C．伦琴射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线解析：选AB.波长越长，波动性越显著，干涉、衍射现象越易发生；从电磁波产生的机理可知，γ射线是原子核受激发后产生的；不论物体温度高低都能辐射红外线，物体的温度越高，它辐射的红外线越强，故正确答案为A、B.典型问题——无线电波的三种传播方式无线电波主要的传播方式有：地波传播、天波传播和直线传播三种．1．地波传播：沿地球表面空间传播的无线电波．如图所示，由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，只有能绕过这些障碍物的无线电波，才能被各处的接收机接收到，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，就可以绕到障碍物的后面．地面上的障碍物一般都不是很大，长波能很好地绕过它们，中波和中短波也能较好地绕过．短波和微波由于波长短，绕过障碍物的本领很差．2．天波传播：依靠大气层中的电离层的反射来传播的无线电波叫天波．我们知道，地球被厚厚的大气包围着．地表50千米到几百千米范围内的大气，由于太阳光的照射使大气中的一部分气体分子发生电离，这层大气就叫做电离层．电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性：对于波长短于10 m的微波，电离层能让它穿过，飞向宇宙；对于长波，电离层基本把它吸收；对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多，因此短波最适宜以天波的形式传播．3．直线传播：微波既不能以地波的形式传播(易被吸收)，又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播(能穿透)，微波只能像光那样，沿直线传播．这种沿直线传播的电磁波叫空间波或视波．微波要远距离传播必须在地面上建立中继站．(多选)关于电磁波的传播，下列叙述正确的是()A．电磁波频率越高，越宜用地波传播B．电磁波频率越高，越易沿直线传播C．短波最适宜以天波形式传播D．电磁波在不同介质中传播时波长改变[解析]由v＝λf可知，电磁波频率越高，波长越短，衍射能力越差，不宜用地波传播，频率高的电磁波跟光的传播相似，沿直线传播，故选项B正确，选项A错误；电离层对短波吸收少反射多，故适宜以天波形式传播，选项C正确；电磁波在不同介质中传播时，由v ＝λf，可判断出波长改变，选项D正确．[答案]BCD(多选)关于无线电波的传播方式，下列说法正确的是()A．长波主要以地波方式传播B．短波主要以直线传播的方式传播C．微波主要以直线传播的方式传播D．地面物体定位利用地波，空中物体定位利用天波的方式解析：选AC.波长越长越容易发生衍射，定位越不准确，因此定位采取微波的直线传播方式为好，D错误．。
2020-2021学年鲁科版高中物理必修第三册学案：第6章第1节光电效应及其解释
第1节光电效应及其解释学习目标：1.[科学探索]知道什么是光电效应及其实验现象． 2.[科学思维]知道光子说和爱因斯坦光电效应方程，能够利用它解释光电效应实验现象． 3.[科学态度与责任]了解光电效应的应用． 4.[科学态度与责任]了解光的波粒二象性，了解光是一种概率波．一、光电效应1．光电效应现象：在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象．2．光电效应的实验规律(1)发生的条件：每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率．只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应．(2)与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．(3)发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在10－9 s内发生光电效应．二、光电效应的解释1．光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为hν．光在发射和吸收时能量是一份一份的．2．光电效应方程(1)表达式：hν＝W＋12m v2．(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后的最大初动能．三、光电效应的应用1．光电开关．2．光电成像．3．光电池．四、光的波粒二象性1．光的本性：光子既有粒子的特征，又有波动的特征，即光具有波粒二象性．2．光是一种电磁波．3．当光的波长较长时，光在传播过程中波动性明显；当光的波长较短时，光子与粒子相互作用时，粒子性明显．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)光电效应实验中光照时间越长，光电流越大．(×)(2)光电效应实验中入射光足够强就可以有光电流．(×)(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关．(√)(4)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．(×)(5)光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性．(√)2．(多选)对光的认识，下列说法正确的是()A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下光的粒子性表现明显ABD[光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A选项正确；光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B 选项正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C选项错误，D选项正确．] 3．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(选填“增大”“减小”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到验电器指针________(选填“有”或“无”)偏转．[解析](1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应，有光电子飞出，锌板带正电，将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则验电器指针偏角将变小，注意，验电器与锌板带同种电荷．(2)要发生光电效应，照射光的频率必须高于这种金属的截止频率，而与照射光的强度无关，用黄光照射，验电器指针无偏转，即不能发生光电效应，当改用强度更大的红外线照射时，因为红外线的频率比黄光的低，所以用红外线照射不能发生光电效应，验电器指针无偏转．[答案](1)减小(2)无对光电效应现象的理解如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电．你知道锌板是怎样带上电的吗？观察光电效应提示：锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发射出光电子，因此锌板会显示正电性，验电器会因带正电荷而使金属箔片张开一定角度．(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．(3)光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积．(4)光电流与饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(5)光的强度与饱和光电流饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系．【例1】如图所示为一光电管电路图，滑动变阻器滑动触头P位于上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有()A．加大照射光强度B．换用波长短的光照射C．将P向B滑动D．将电源正负极对调B[由光电管电路图可知阴极K电势低，阳极A电势高，如果K极有电子飞出，则电子受到的电场力必向左，即将向左加速，然而现在G中电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这仅能说明照射光频率太低，这与光强、外加电压的大小及方向均无关，可见要使指针发生偏转需增大照射光频率，即减小照射光的波长，故B正确，A、C、D错误．]关于光电效应的两点提醒(1)发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即ν＞νc，或光子的能量ε＞W0．(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少．[跟进训练]1．(多选)对光电效应的理解正确的是()A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B．在光电效应中，一个电子只能吸收一个光子C．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应D．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大BC[按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项B、C正确．]对光电效应方程的理解与应用如图所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象是什么？(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象是什么？为什么？(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象是什么？为什么？提示：(1)验电器张开．(2)验电器不张开，紫外线不能透过玻璃．(3)验电器不张开，紫外线照射可以产生光电效应现象，白光不可以．k0(1)式中的E k是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～E k范围内的任何数值．(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为E＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为E k，根据能量守恒定律可知：E k＝hν－W．(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k＝hν－W>0，亦即hν＞W，ν＞Wh＝νc，而νc＝Wh恰好是光电效应的极限频率．(4)E km-ν图线：如图所示是光电子最大初动能E km随入射光频率ν的变化图线．这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．2．光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索(2)两个关系光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．【例2】在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是()A．色光乙的频率小、光强大B．色光乙的频率大、光强大C．若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流D[由题中图像可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大．由题中图像可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，A、B错误；如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；因色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D正确．](1)极限频率为νc的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W＝hνc.(2)某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比.[跟进训练]2．爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图所示，其中νc为极限频率．从图中可以确定的是()A．逸出功与ν有关B．E km与入射光强度成正比C．当ν<νc时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关D[金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A错误；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错误；只有ν>νc时才会发生光电效应，C错误；由爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W和W＝hνc(W 为金属的逸出功)可得，E k＝hν－hνc，可见图像的斜率表示普朗克常量，D正确．]对光的波粒二象性的理解曾有一位记者向诺贝尔奖获得者物理学家布拉格请教：子”是完全不同的概念．光子是一份一份的具有能量的粒子，其能量与光的频率有关，光子说并不否定波动说．(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．(3)频率高、波长短的光，粒子性特征显著．2．光的波动性的含义：光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，与惠更斯波动说中的“波”是不同理论领域中两个不同的概念，它是一种概率波．(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．(2)频率低、波长长的光，波动性特征显著．3．光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性(1)光的粒子性并不否定光的波动性，波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种表现，光的波动性和粒子性是统一的．4．光是概率波(1)单个粒子运动的偶然性我们可以知道光子落在某点的概率，但不能预言光子落在什么位置，即光子到达什么位置是随机的，是预先不确定的．(2)大量光子运动的必然性由波动规律，我们可以准确地知道，大量光子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．(3)概率波体现了波粒二象性的和谐统一概率波的主体是光子，体现了粒子性的一面；同时光子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和光子性统一在一起．【例3】(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图甲、乙、丙所示的图像，则()甲乙丙A．图像甲表明光具有粒子性B．图像丙表明光具有波动性C．用紫外光观察不到类似的图像D．实验表明光是一种概率波ABD[甲图可以看到的是光点，说明光具有粒子性，随着时间的增加，这些光点的排列体现了波的干涉的规律，说明光具有波动性，同时，这种规律是大量光点出现后才表现出来的，所以光是一种概率波．]关于对光的波粒二象性的两点提醒(1)光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．(2)波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著．大量光子在传播时表现为波动性；频率低波长长的光，波动性显著．[跟进训练]3．(多选)对于光的波粒二象性的理解正确的是()A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著AD[光具有波粒二象性，大量光子显示波动性、个别光子显示出粒子性，光传播时显示波动性，与物质相互作用时显示粒子性，频率高显示粒子性，频率低显示波动性，而不是粒子和波转换．故B、C错误，A、D正确．]1．(多选)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是()A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷AD[锌板连接验电器，在紫外光的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，则验电器也带正电并且指针发生偏转，故A、D正确，C错误；红光不能使锌板发生光电效应，B错误．] 2．光照在某金属表面上发生了光电效应．若只减弱光的强度，而保持频率不变，则()A．有可能不发生光电效应B．该金属可能带负电C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少D．从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加C[入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，频率保持不变，可知仍然可以发生光电效应，A错误；该金属发生光电效应，向外发射光电子，故一定带正电，B错误；入射光的强度减弱，则单位时间内入射光的光子数减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少，C正确；发生光电效应的时间与光的强度无关，D错误．]3．(多选)下面关于光的波粒二象性的说法正确的是()A．光电效应现象说明光具有波粒二象性B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性BC[光电效应现象说明光具有粒子性，选项A错误；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，选项B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，选项C 正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，选项D错误．]4．(多选)如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图像，由图像可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hνcC．入射光的频率为νc时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为2EAB[题中图像反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率νc 时，光电子的最大初动能E k＝0，此时有hνc＝W，即该金属的逸出功等于hνc，选项B正确；根据图线的物理意义，有W＝E，选项A正确，C、D错误．] 5．如图所示，用绿光照射一光电管的阴极时发生光电效应，要使光子从阴极逸出的最大初动能增大，应采取的措施是()A．改用红光照射B．改用紫光照射C．增大绿光的强度D．增大加在光电管上的正向电压B[发生光电效应时，光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大，与照射光强度、光电管两端的电压无关，红光的频率比绿光的频率小，不一定能发生光电效应，即使发生光电效应，光电子的最大初动能也较小，而紫光的频率大于绿光的频率，故选项B正确．]莘莘学子，最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。
【测控设计】高二物理鲁科版选修1-1课件第6章 电磁波与信息时代 本章整合
电磁波的理论:麦克斯韦电磁场理论 电磁波 电磁波的发射:长波、中波、中短波、微波 电磁波的应用:广播、电视、雷达、通信等 通信史:从烽火台到现代的通信网络 信息时代 信息高速公路 由光纤、卫星、微波通信等技术与设备组成信息高速通道 因特网和其他网络连在一起也被称为信息高速公路 力传感器:将压力信号转换为电信号 分类 传感器 声传感器:将声信号转换为电信号 温度传感器:将温度信号转换为电信号或电路通断 光传感器:将光信号转换为电信号 力传感器的应用 :电子秤 应用 声传感器的应用:话筒 温度传感器的应用 :电熨斗、电饭锅 光传感器的应用:光电鼠标
专题一
专题二
专题三
【例题 3】惯性制导系统已广泛应用于弹 道式导弹工程中,这个系统的重要元件之一是 加速度计.加速度计的构造原理的示意图如图 所示,沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套 一质量为 m 的滑块,滑块两侧分别与劲度系数 均为 k 的弹簧相连;两弹簧的另一端与固定壁相连.滑块原来静止,弹簧处于 自然长度.滑块上有指针,可通过标尺测出滑块的位移,然后通过控制系统进 行制导.设某段时间内导弹沿水平方向运动,指针向左偏离 O 点的距离为 s, 则这段时间内导弹的加速度( ) A.方向向左,大小为m
专题一
专题二
专题三
【例题 2】 “知之为知之,不知 Google 知.”一学生在谈 Google 在生活 学习中的作用时如是说.过去人们习惯于去图书馆查阅资料,而现在人们越 来越多地依赖于网络.Internet 的信息检索工具有很多,如果不用 Google 搜 索引擎,下列可以替代的是( ) A.QQ、拨:根据搜、 WPS、 excel 是计算机软件,QQ、 msn 用于网上聊天,E mail 是电子邮件.选项 C 正确. 答案:C
物理选修1-1—6.1-6.3电磁波与信息时代导学案
①了解有关电磁领域的重大技术发明。②了解常见的传感器及其在生活、生产中的简单应用。
③能列举电磁波在生活、生产中应用的例子，知道电磁波的应用。
二、学习重、难点：了解常见的传感器及电磁波
三、预习、学习过程：
（一）电磁波载息传万里
⑴麦克斯韦的所预言的电磁波，被通过实验证实之后，无线电技术得到了迅速发展。
5.2008年5月12日我国四川省汉川县发生了8.0级的大地震，在震后的几个月内还发生过一百多次的余震，有的余震达到6级以上。为了减小余震所带来新的损失，地震预报部门利用一种传感器，探测地表传来的余震信息，这种传感器应该是( )
A．电波传感器B．压力传感器C．振动传感器D．超声波传感器
6.下列情况中，应用了红外线传感器的是( )
A．条形码识别器B．只要拍拍手电灯就亮的控制装置
C．电子台秤中的压力传感装置D．电热水器中控制加热和保温的温控器
9.家庭使用的音箱中，一般都安装有高音喇叭和低音喇叭，分别发出音乐中的高音和低音。为了确保扩音机输出的信号按高、低音分别送给高音喇叭和低音喇叭，就要用到分频器。右图所示就是一种简单的二分频音箱的分频电路。
A．商场里的自动玻璃门B．夜间自动打开的路灯C．夜间有声音时就亮的楼梯灯D．自动恒温冰箱
7.在路灯电路中装有一种传感器，它控制路灯在夜间自动开启，天亮自动关闭。该传感器是( )
A．湿度传感器B．光传感器C．温度传感器D．气体传感器
8.使用遥控器对空调机进行设置的过程，实际上是空调机中的传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是( )
C．稳定的电场一定产生稳定的磁场D．振荡交变的电场一定产生同频率的振荡交变磁场
2.移动电话已深入千家万户，移动电话的通讯是利用了（）
版高中物理第章电磁波与信息时代学业分层测评电磁波载息传万里鲁科版选修
学业分层测评(十七) 电磁波载息传万里(建议用时：45分钟)[学业达标]1．关于电磁波，以下说法正确的选项是()A．光不是电磁波B．电磁波需要有介质才能流传C．只要有电场和磁场，就可以产生电磁波D．真空中，电磁波的流传速度与光速相同【答案】D2．电视各频道所用的传达图像信号的电磁波波段属于()A．长波B．中波C．短波D．微波【解析】由于微波段是利用空间波流传的，空间波在传输过程中受外界搅乱最小，在视频传输、搬动电话等方面很适合应用．故电视信号应用微波．【答案】D3．以下各组电磁波，按波长由长到短的正确排列是()A．γ射线、红外线、紫外线、可见光B．红外线、可见光、紫外线、γ射线C．可见光、红外线、紫外线、γ射线D．紫外线、可见光、红外线、γ射线【解析】在电磁波谱中，电磁波的波长从长到短排列序次依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，由此可判断选项B正确．【答案】B4．以下说法错误的选项是()A．电磁波的流传过程也是能量流传过程B．电磁波是一种信息C．卫星通信是依靠电磁波实现信息传达的一种方式D．无线电广播依靠无线电波流传信息【解析】电磁波产生于变化的电磁场，是一种物质，拥有能量，所以，电磁波向外流传的过程包括着能量的向外流传，应选项A正确；电磁波的强弱、频率的变化包括着某种信息，而电磁波自己其实不是信息，可是一种信息的载体，应选项B错误；电磁波理论的发展、完满使利用电磁波传达信息成为现实，常有的方式有无线电广播通信、卫星通信、搬动通信等，所以只有选项B错误．【答案】B5．当电磁波的频率增加时，它在真空中的速度将()A．减小B．增大C．不变D．以上都不对【解析】任何频率的电磁波在真空中的流传速度都相同．【答案】C6．(多项选择)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内．以下关于雷达和电磁波的说法正确的选项是()A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔能够确定雷达和目标的距离D．波长越短的电磁波，反射性能越强【解析】真空中电磁波的流传速度为3.0×108 m/s.由v＝λf得λ1＝3.0×108 200×106m＝1.5 m，λ2＝3.0×1081 000×106m＝0.3 m，所以A正确；周期性变化的电场或磁场才能产生电磁波，B错误；测出电磁波从发射到接收的时间，由s＝vt求出流传距离进而求出雷达和目标的距离，C正确；波长越短的电磁波，碰到阻挡物越不简单发生衍射现象，所以反射性能越强，D正确．【答案】ACD7．(多项选择)关于长波的以下说法中正确的选项是()A．长波是电磁波谱中波长最短的电磁波B．长波能够很好地绕过几乎所有的阻挡物，最适合的流传方式是地波流传C．电离层对长波的反射作用和吸取作用都很强D．长波的波长长、频率低；电磁辐射强度越小，对人的危害就越小【解析】长波的波长最长，所以选项A不正确．波长越长，越简单绕过各种阻挡物，电离层的反射作用越明显，电离层的吸取作用越强，所以，B、C 是正确的．电磁波的辐射强度越大，波长越短，频率越高，与电器的距离越近，接触时间越长，对人体的危害就越大，所以D答案是正确的．【答案】BCD8．宇航员在太空走开航天飞机的密封舱从事修复卫星等工作时，必定经过无线电对讲机讲话传达信息，这是由于() 【导学号：18152122】A．宇航员穿着全封闭式增压宇航服，他们之间无法直接对话B．舱外宇航员和航天飞机内的宇航员之间相隔距离较远C．在远离地面的太空没有空气D．利用无线电波传达信息较慢【解析】电磁波能在真空中流传，而声波则需要介质才能流传，所以宇航员在没有空气的太空中交流必定利用电磁波来完成．【答案】C[能力提升]9．波长为300 m的电磁波，以下解析正确的选项是()A．它的流传速度总是3×108 m/sB．它的频率是106 HzC．它在水中流传的波长仍为300 mD．它在水中流传时的频率大于106 Hz【解析】该电磁波的频率f＝cλ＝3×108300Hz＝106Hz，B对，在水中波速和波长变小，而频率不变．【答案】B10．手机放在电视机旁边，当有电话来时，电视机画面会出现一些“雪花”，这是为什么？并且长时间通话，有出现头晕的情况，这是为什么？【解析】手机信号是以微波形式发射和接收的，放在电视机旁的手机接收信号时，搅乱了电视机对电磁波的接收．长时间通话出现头晕这是由于长时间通话碰到过分电磁辐射对人领悟造成危害．【答案】见解析11．物理学在国防科技中拥有重要的意义．比方在导弹拦截试验中利用卫星把甲导弹发射的信息经过地面控制站传到指挥部，通信距离(往返)达16万千米，通信所用时间为________s．甲导弹翱翔时间为7 min，而卫星把信息经过地面控制站传到指挥部，从指挥部发出指令到乙导弹雷达系统需要5 min，乙导弹从发射到击中甲导弹的过程必定在2 min内完成．乙的雷达有效距离为150 km，雷达从发出电磁波到接收到电磁波的最长时间为________s，从发现到击中目标有1 min就够了．从以上可看出，能够轻松进行拦截，这与通信时间极短有很大关系．【解析】由于电磁波流传的速度v＝3×108 m/s，故通信所用的时间t1＝s v＝1.6×1083×108s≈0.53 s，雷达从发出电磁波到接收到电磁波最长时间为t2＝1.5×105×23×108s＝10－3 s.【答案】0.5310－312．“为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑”，这句提示警示语是坐过飞机的乘客都听到过的语言．由于有些空难事故就是由于某位乘客在飞机的翱翔中使用手机所造成的.1996、1998年都出现过此类事件，1999年广州白云机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机．使飞机降落偏离了8度，差点造成事故．依照资料回答以下问题：请问为什么在飞机上不能够使用手机和手提电脑呢(包括游戏机)?【导学号：18152123】【解析】由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁搅乱，而飞机上的导航系统是特别复杂的，抗搅乱能力不是很强，所以若是飞机上的乘客使用了手机，对飞机导航系统产生电磁搅乱，那么结果将十分可怕．所以，在飞机上不要使用手机和手提电脑(包括游戏机)．【答案】见解析。
高中物理第6章电磁波与信息时代第1节电磁波载息传万里学案鲁科版选修1_1
第1节 电磁波载息传万里天波和空间波传播，[先填空]1．把电磁波按波长(或频率)按照一定顺序排列成的谱线称为电磁波谱． 2．波长和频率是描述电磁波的两个基本物理量，对某一电磁波两者成反比． 3．按照波长由小到大的顺序排列，电磁波可分为γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波．可见光只占电磁波谱中很小的一部分．4．无线电波：在电磁波谱中，波长大于1_mm 范围属于无线电波．无线电波按其波长由小到大又可分为微波(波长10－3～10 m)、短波(波长10～50 m)、中短波(波长50～200 m)、中波(波长200～3 000 m)和长波(波长3 000～30 000 m)．[再判断]1．在电磁波家族中，γ射线的频率最高．(√) 2．电磁波是看不见的，可见光不属于电磁波．(×) 3．红外线的波长大于紫外线的波长．(√) [后思考]红外体温计不与人体接触就能测体温，为什么？【提示】 一切物体都在不停地辐射红外线，且温度越高，辐射的红外线越强，人体当然也是这样，这就是红外体温计的原理，因此，红外体温计不与人体接触就可测体温．1．定义物理学中把电磁波按波长(或频率)按照一定的顺序排列成的谱线称为电磁波谱．2．按波长由小到大的顺序：γ射线、X射线、紫外线，可见光、红外线、无线电波．3．产生机理(1)无线电波：振荡电路中自由电子的周期性运动(2)红外线：原子外层电子受到激发(3)可见光：原子外层电子受到激发(4)紫外线：原子外层电子受到激发(5)X射线：原子内层电子受到激发(6)γ射线：原子核受到激发4．特征(1)波速：任何电磁波在真空中传播的速度都等于光速c＝3×108m/s，在其他介质中的波速小于3×108 m/s.(2)波长：电磁波在一个周期内传播的距离．(3)频率：电磁波从一种介质传到另一种介质，频率不变．(4)波长、频率、波速的关系：v＝λ·f，即电磁波的波速一定时，频率与波长成反比．1．按频率由大到小的顺序，下列排列正确的是( )A．γ射线→X射线→紫外线→红外线→可见光→无线电波B．无线电波→紫外线→可见光→红外线→γ射线→X射线C．红外线→可见光→紫外线→X射线→γ射线→无线电波D．γ射线→X射线→紫外线→可见光→红外线→无线电波【解析】对同一电磁波，其波长和频率成反比，按波长由小到大或按频率由大到小的顺序均为：γ射线→X射线→紫外线→可见光→红外线→无线电波，故选项D正确．【答案】 D2．关于电磁波的说法中，正确的是( )A．不同频率的电磁波在真空中的传播速度不同B．不同频率的电磁波波长不同C．频率高的电磁波其波长较长D．电磁波的频率由接收电路的接收装置决定【解析】电磁波的频率由发射电路的发射装置决定，D错误．不同频率的电磁波在真空中的传播速度是相同的，都等于光速c＝3×108m/s，故A错误．由v＝λf得，频率不同的电磁波，波长也不同，B正确，且频率与波长成反比，C错误．【答案】 B3．下列说法正确的是( ) 【导学号：18152120】A．频率越高的电磁波传播速度越大B．波长越短的电磁波传播速度越大C．频率越高的电磁波，波长越短D．波长不同的电磁波，频率不同，因此速度不同【解析】电磁波在真空中的传播速度与频率和波长均无关，A、B、D均错误，电磁波的频率和波长成反比，C正确．【答案】 C[先填空]1．无线电波的传播(1)地波：沿地球表面传播的无线电波称为地波．长波和中波靠地波传播．无线电波的波长越长(即频率越低)，地面的吸收越小．(2)天波：靠大气中电离层的反射传播的无线电波称为天波．天波适合长波、中波和短波，但电离层对中波和长波的吸收太强，因此天波最适合短波的传播．(3)空间波：像光束那样沿直线传播的无线电波称为空间波．远距离传播要借助中继站．适合于微波和超短波．2．无线电波的应用(1)无线电广播、电视：应用于无线电广播的电磁波的波段有长波、中波和短波；应用于电视的无线电波段是微波．(2)雷达：雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备，传统的雷达的工作波长为1 m，属于微波波段．随着科技的发展，微波已进入诸多领域，像微波遥感遥测、海上救援等．3．电磁辐射的危害(1)电磁辐射造成导航系统、医疗信息系统、工业过程控制和信息传输系统失控，它干扰广播、电视收听，甚至直接危害人体健康．(2)人体长时间接收过量的电磁波辐射后，会出现头痛、头晕、疲倦无力等症状．辐射强度越大，频率越高，距离越近，接触时间越长，对人体的危害也就越大．[再判断]1．目前，电磁辐射是造成公害的主要污染物之一．(√)2．聆听音响时，会因手机的使用而造成不愉快的感觉．(√)[后思考]当你走在路上或坐在汽车里，手持移动电话向千里之外的亲友发出问候，介绍你的学习、生活、见闻的时候，当你从电话屏幕中见到亲友的时候，你想知道这声音和影像是怎样传送的吗？图611【提示】 麦克斯韦电磁场理论认为，变化的电场周围能产生磁场，变化的磁场周围能产生电场，电场和磁场相互交替，形成电磁场，电磁场向外传播就形成了电磁波，在电磁波中加载上声音、图像等信号就可以传播出去．1．无线电波三种传播方式的比较(1)雷达是利用电磁波进行测距、定位的仪器．(2)在发射端，把电磁脉冲——持续时间很短的电磁波发射出去，如途中碰到物体，就会反射回来一部分电磁波．测定发射波与反射波之间的时间差，便可确定物体的位置．(3)如果反射脉冲信号是在发射脉冲信号后Δt 的时间收到的，则目标距离雷达为s ＝12c Δt .根据信号的方向和仰角，还可以确定目标的方位．4．关于无线电波传播方式——地波，下列说法不正确的是( ) A ．所有的无线电波都能很好地绕过几乎所有的障碍物 B ．地波传播方式比较适合于长波段和中波段 C ．无线电波的波长越长，地面的吸收就越小D ．地面的电性质在短时间内不会有大的改变，因此地波的传播比较稳定【解析】 当电磁波的波长大于或相当于障碍物的尺度时，可绕过障碍物，短波和微波的绕射能力很差，故A 错，由地波的特点可判定B 、C 、D 均正确．【答案】 A5．雷达是现代战争中重要的军事装备，若雷达向飞机发出的微波从发射到反射回来的时间为52 μs(1 μs ＝10－6s)，微波的传播速度等于光速，则微波的传播速度大小为______ m/s ，此时飞机与雷达的距离为 ______ m.【解析】 微波的传播速度为3×108m/s ， 从发射到接收，微波走过的路程为s ＝vt ＝3×108×52×10－6m ＝15 600 m. 所以飞机与雷达距离为s2＝7 800 m.【答案】 3×1087 8006．(多选)下列说法正确的是( ) 【导学号：18152121】 A ．微波和超短波一般采用空间波传播 B ．视频传输、移动电话一般采用地波传播方式 C ．空间波可直接传播到很远处D ．电视和雷达的传播方式主要是空间波，这种传播方式在传输过程中受外界的干扰最小【解析】 微波和超短波一般采用空间波传播，由于空间波沿直线传播，不能进行远距离传播，要进行远距离传播要借助中继站，故A 对、C 错，空间波在传播过程中受外界干扰小，视频传播、移动电话、雷达等都主要采用空间波．故B 错、D 对，故选A 、D.【答案】 AD无线电波在沿地面或在大气层中传播时，由于不同波长的无线电波衍射和波被吸收的特点各不相同，不同波长的无线电波在传播方式上也各不相同，主要有地波、天波和空间波三种方式.。
新教材鲁科版高中物理选择性必修第三册第6章波粒二象性知识点考点重点难点提炼汇总
第6章波粒二象性第1节 光电效应及其解释 .......................................................................................... - 1 -第2节 实物粒子的波粒二象性 .................................................................................. - 7 -第1节 光电效应及其解释一、光电效应1．光电效应现象：在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象．2．光电效应的实验规律(1)发生的条件：每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率．只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应．(2)与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．(3)发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在10－9s 内发生光电效应．二、光电效应的解释1．光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为hν．光在发射和吸收时能量是一份一份的．2．光电效应方程(1)表达式：hν＝W ＋12mv 2． (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后的最大初动能．三、光电效应的应用1．光电开关．2．光电成像．3．光电池．四、光的波粒二象性1．光的本性：光子既有粒子的特征，又有波动的特征，即光具有波粒二象性．2．光是一种电磁波．3．当光的波长较长时，光在传播过程中波动性明显；当光的波长较短时，光子与粒子相互作用时，粒子性明显．对光电效应现象的理解如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电．你知道锌板是怎样带上电的吗？观察光电效应提示：锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发射出光电子，因此锌板会显示正电性，验电器会因带正电荷而使金属箔片张开一定角度．(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．(3)光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积．(4)光电流与饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(5)光的强度与饱和光电流饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系．【例1】如图所示为一光电管电路图，滑动变阻器滑动触头P位于上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有( )A．加大照射光强度B．换用波长短的光照射C．将P向B滑动D．将电源正负极对调B[由光电管电路图可知阴极K电势低，阳极A电势高，如果K极有电子飞出，则电子受到的电场力必向左，即将向左加速，然而现在G中电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这仅能说明照射光频率太低，这与光强、外加电压的大小及方向均无关，可见要使指针发生偏转需增大照射光频率，即减小照射光的波长，故B正确，A、C、D错误．]关于光电效应的两点提醒(1)发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即ν＞νc，或光子的能量ε＞W0．(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少．对光电效应方程的理解与应用如图所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象是什么？(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象是什么？为什么？(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象是什么？ 为什么？提示：(1)验电器张开． (2)验电器不张开 ，紫外线不能透过玻璃． (3)验电器不张开，紫外线照射可以产生光电效应现象，白光不可以．k 0(1)式中的E k 是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～E k 范围内的任何数值．(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为E ＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W 0，则电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝hν－W ．(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k ＝hν－W >0，亦即hν＞W ，ν＞W h ＝νc ，而νc ＝W h恰好是光电效应的极限频率． (4)E km ν图线：如图所示是光电子最大初动能E km 随入射光频率ν的变化图线．这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．2．光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索(2)两个关系光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．【例2】 在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I 与光电管两端所加电压U 间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是( )A．色光乙的频率小、光强大B．色光乙的频率大、光强大C．若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流D[由题中图像可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大．由题中图像可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，A、B错误；如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；因色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D正确．]1极限频率为νc的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W＝hνc.2某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比.对光的波粒二象性的理解曾有一位记者向诺贝尔奖获得者物理学家布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默地答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息．”那么光的本性到底是什么呢？你是如何理解的？提示：光具有波粒二象性.,光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，但光既具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性.不同的概念．光子是一份一份的具有能量的粒子，其能量与光的频率有关，光子说并不否定波动说．(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．(3)频率高、波长短的光，粒子性特征显著．2．光的波动性的含义：光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，与惠更斯波动说中的“波”是不同理论领域中两个不同的概念，它是一种概率波．(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．(2)频率低、波长长的光，波动性特征显著．3．光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性(1)光的粒子性并不否定光的波动性，波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种表现，光的波动性和粒子性是统一的．4．光是概率波(1)单个粒子运动的偶然性我们可以知道光子落在某点的概率，但不能预言光子落在什么位置，即光子到达什么位置是随机的，是预先不确定的．(2)大量光子运动的必然性由波动规律，我们可以准确地知道，大量光子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．(3)概率波体现了波粒二象性的和谐统一概率波的主体是光子，体现了粒子性的一面；同时光子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和光子性统一在一起．【例3】(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图甲、乙、丙所示的图像，则( )甲乙丙A．图像甲表明光具有粒子性B．图像丙表明光具有波动性C．用紫外光观察不到类似的图像D．实验表明光是一种概率波ABD[甲图可以看到的是光点，说明光具有粒子性，随着时间的增加，这些光点的排列体现了波的干涉的规律，说明光具有波动性，同时，这种规律是大量光点出现后才表现出来的，所以光是一种概率波．]关于对光的波粒二象性的两点提醒(1)光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．(2)波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著．大量光子在传播时表现为波动性；频率低波长长的光，波动性显著．第2节实物粒子的波粒二象性1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)电子不但具有粒子性也具有波动性．(√)(2)物质波的波长由粒子的大小决定．(×)(3)物质波的波长和粒子运动的动量有关．(√)(4)我们可以根据电子的运动轨迹判断电子的出现位置．(×)(5)微观世界中不可以同时测量粒子的动量和位置．(√)2．关于电子云，下列说法正确的是( )A．电子云是真实存在的实体B．电子云周围的小黑点就是电子的真实位置C．电子云上的小黑点表示的是电子的概率分布D．电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道C[由电子云的定义我们知道，电子云是一种稳定的概率分布，人们常用小圆点表示这种概率，小圆点的密疏代表电子在这一位置出现的概率大小，故只有C正确．] 3．(多选)在单缝衍射实验中，从微观粒子运动的不确定性关系可知( )A．不可能准确地知道单个粒子的运动情况B．缝越窄，粒子位置的不确定性越大C．缝越宽，粒子位置的不确定性越大D．缝越宽，粒子动量的不确定性越大AC[由不确定性关系ΔxΔp≥h4π知缝越宽时，位置不确定性越大，则动量的不确定性越小，反之亦然，因此选项A、C正确．]对德布罗意波的理解一位战士在实战训练时子弹脱靶，在分析脱靶的原因时，突然想起德布罗意波长公式后，确认未击中的原因可能与子弹的波动性有关，这是失误的理由吗？提示：只知实物粒子具有波动性，不会具体问题具体分析．对于宏观物体子弹来说，物质波波长仅为10－34m左右，因为波长越长衍射现象越显著，动量大的子弹的波动性忽略不计，仍沿确定的轨道运动，所以未沿击中靶的抛物线运动，原因是未瞄准．观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小．2．粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．【例1】(多选)为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列．则下列分析正确的是( )A．电子显微镜所利用的电子的物质波的波长比原子尺寸小得多B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸D．中子的物质波波长可以与原子尺寸相当AD[由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A项正确；由德布罗意波长公式可知，当电子束的波长越短时，运动的速度越大，B项错误；由信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波波长或X射线的波长与原子尺寸相当，D项正确，C项错误．]有关德布罗意波计算的一般方法(1)计算物体的速度，再计算其动量．如果知道物体动能也可以直接用p ＝2mE k 计算其动量．(2)根据λ＝h p计算德布罗意波长．(3)需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理．(4)宏观物体的波长小到可以忽略，其波动性很不明显．对不确定性关系的理解对微观粒子的分析能不能用“轨迹”来描述呢？ 提示：微观粒子的运动遵循不确定关系，也就是说，要准确确定粒子的位置，动量(或速度)的不确定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量(或速度)，位置的不确定性就更大，也就是说不可能同时准确地知道粒子的位置和动量．因而不可能用“轨迹”来描述粒子的运动．挡板左侧的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的．2．粒子动量的不确定性(1)微观粒子具有波动性，会发生衍射．大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外．这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量．(2)由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量．3．位置和动量的不确定性关系：Δx Δp ≥h 4π 由Δx Δp ≥h4π可以知道，在微观领域，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确地确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大．4．微观粒子的运动没有特定的轨道：由不确定关系Δx Δp ≥h4π可知，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了不能用“轨迹”的观点来描述粒子的运动．【例2】(多选)关于不确定性关系ΔxΔp≥h4π有以下几种理解，正确的是( ) A．微观粒子的动量不可确定B．微观粒子的位置不可确定C．微观粒子的动量和位置不可同时确定D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于宏观物体CD[由ΔxΔp≥h4π可知，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反之，当粒子的位置不确定性大时，粒子动量的不确定性小．故不能同时测量粒子的位置和动量，故A、B错，C对；不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观粒子的影响显著，对宏观物体的影响可忽略，故D正确．]关于不确定性关系的三点提醒(1)在宏观世界中物体的质量与微观世界中粒子的质量相比较，相差很多倍．(2)根据计算的数据可以看出，宏观世界中的物体的质量较大，位置和速度的不确定量较小，可同时较精确地测出物体的位置和动量．(3)在微观世界中粒子的质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，不能准确把握粒子的运动状态．。
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第1节电磁波载息传万里1.知道电磁波可分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波．知道无线电波的波长范围．(重点)2．知道无线电波的三种传播方式，了解三种传播方式的不同特点．(难点) 3.了解并能列举无线电波的常见应用．4．知道电磁辐射的危害性．(重点)一、电磁波谱1．波长和频率是描述电磁波的两个基本物理量．对于某一电磁波，波长和频率成反比．物理学中把电磁波按波长(或频率)依照一定的顺序排列成的谱线就是电磁波谱．按照波长由小到大的顺序排列，电磁波可划分为：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波．2．无线电波：在电磁波谱中，波长大于1 mm范围属于无线电波．无线电波按其波长由小到大又可分为微波(波长10－3～10 m)、短波(波长10～50 m)、中短波(波长50～200 m)、中波(波长200～3 000 m)和长波(波长3 000～30 000 m)．二、无线电波的传播1．地波：沿地球表面传播的无线电波称为地波．地波传播的方式较适合于长波段和中波段无线电波．2．天波：靠大气中电离层的反射传播的无线电波称为天波．天波最适合于短波的传播．3．空间波：像光束那样沿直线传播的无线电波称为空间波．远距离传播要借助中继站．微波及超短波的波长较小，穿透能力强，能穿透电离层，直线性好，靠空间波传播．三、无线电波的应用1．无线电广播、电视：应用于无线电广播的电磁波的波段有长波、中波和短波；应用于电视的无线电波段是微波．2．雷达：雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备，传统雷达的工作波长为1 m，属于微波波段．微波的应用与发展促进了诸多领域的科技进步，如微波遥感遥测、海上救援等．四、电磁辐射的危害电磁波虽然给人们的生产生活带来了方便，但电磁辐射也已被联合国人类环境大会列入必须控制的、造成公害的主要污染物之一．飞机上禁止乘客使用手机等无线电设备．人体在长期受到过量的电磁波辐射后，会出现头痛、头晕、疲倦无力等症状．一般地讲，辐射强度越大，频率越高，与电器的距离越近，接触时间越长，对人体的危害也就越大．正确理解电磁波谱和电磁波1．电磁波谱按波长由小到大顺序排列(如图)2．电磁波的特征(1)波速c：波传播的快慢叫波速，电磁波在真空中传播的速度等于光速，即c＝3×108m/s.(2)波长：相邻两个波峰或波谷间的距离(如图所示)．(3)频率f：单位时间振动次数；单位：Hz，kHz，MHz.(4)波长、波速与频率的关系：数学表达式：c＝λ·f.说明：电磁波的波速一定，频率与波长成反比．以下关于电磁波谱的理解正确的是( )A．红外线的波长比紫外线的波长短B．可见光不属于电磁波C．无线电波的波长比γ射线波长要短D．无线电波的波长大于1 mm[解析] 按照波长由小到大的顺序排列，电磁波可划分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波，而波长大于1 mm的电磁波属于无线电波．所以D正确．[答案] D从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长(或频率)不同又表现出不同的特点，要熟记各部分的波长、频率范围及其关系．知道同一电磁波的波长与频率成反比．1.一种电磁波的波长是200 m，它表示( )A．这种电磁波能传递的距离是200 mB．这种电磁波1 s能传播200 mC．这种电磁波1 s内出现200个波峰和波谷D．这种电磁波相邻两个波峰间距离是200 m解析：选D.电磁波1 s能传播3×108 m，由波长定义知选项D对．电磁波的传播及应用1．电磁波的三种传播方式传播方式概念优点缺点适用波段地波沿地球表面比较传播过程中长波段传播的无线电波稳定消耗部分能量和中波段天波靠大气中电离层的反射传播的无线电波受地面障碍物的影响较小传播不稳定短波空间波像光束那样沿直线传播的无线电波受外界干扰小进行远距离传播要借助于中继站微波和超短波2.无线电波的应用(1)长波：主要用于导航、报时等．(2)中波：主要用于收听广播．(3)短波：主要用于电话、电报、广播、标准频率报时、防汛、救灾、军事通信等．(4)微波：卫星通信、常规的中继通信、电话、电报、传输数据、图像、长途干线通信等．波段长波中波短波微波波长/m30 000～3 000 3 000～200200～1010～0.001电离层，电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性．实验表明，对于波长小于10 m 的微波，电离层能让它通过；对于波长超过3 000 m的长波，电离层基本上把它吸收掉；对于中波和短波，电离层对它有反射作用．地球同步通信卫星静止在赤道上空36 000 km高的地方，所以利用同步卫星进行无线电信号通信只能通过( )A．长波 B.中波C．短波 D.微波[解析] 地球同步通信卫星传输的电磁波信号必须能够穿透电离层，而只有波长小于10 m 的微波才能通过，所以选项D正确．[答案] D长波主要用于导航、报时，采用地波传播．短波可应用于电话、电报、广播、标准频率报时，防汛、救灾、军事通讯等应用天波方式传播．微波在视频传输、移动电话等方面应用广泛，用空间波来传播．2.下列说法正确的是( )A．微波和超短波一般采用天波传播B．视频传输、移动电话一般采用地波传播方式C．空间波的传播不需要中继站D．电视和雷达的传播方式主要是空间波，这种传播方式在传输过程中受外界的干扰最小解析：选D.微波和超短波一般采用空间波传播，由于空间波沿直线传播，不能进行远距离传播，要进行远距离传播要借助中继站，故A、C错，空间波在传播过程中受外界干扰小，视频传播、移动电话、雷达等都主要采用空间波．故B错，D对．[随堂检测]1．按频率由大到小的顺序，下列排列正确的是( )A．γ射线→X射线→紫外线→红外线→可见光→无线电波B．无线电波→紫外线→可见光→红外线→γ射线→X射线C．红外线→可见光→紫外线→X射线→γ射线→无线电波D．γ射线→X射线→紫外线→可见光→红外线→无线电波解析：选D.对同一电磁波，其波长和频率成反比，按波长由小到大或按频率由大到小的顺序均为：γ射线→X射线→紫外线→可见光→红外线→无线电波，故选项D正确．2．关于无线电波传播方式——地波，下列说法不正确的是( )A．所有的无线电波都能很好地绕过几乎所有的障碍物B．地波传播方式比较适合于长波段和中波段C．无线电波的波长越长，地面的吸收就越小D．地面的电性质在短时间内不会有大的改变，因此地波的传播比较稳定解析：选A.当电磁波的波长大于或相当于障碍物的尺度时，可绕过障碍物．短波和微波的绕过能力很差，故A错．由地波的特点可判定B、C、D均正确．3. 关于电磁波，下列说法中正确的是( )A．在真空中，频率高的电磁波速度较大B．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大C．电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变D．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失解析：选C.在真空中，各种频率的电磁波传播的速度都相等，与电磁波的能量无关，所以选项A和B错误．电磁波的频率由产生电磁场的振荡电路决定，与介质无关；电磁波传播的速度与介质有关，选项C正确．电磁波从发射电路向空间传播时，电磁场的能量也随着一起传播，所以电磁振荡停止，产生的电磁波不会立即消失．综上所述，应选C.4．下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象．请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的横线上．(1)X光机，________；(2)紫外线灯，________；(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好．这里的“神灯”是利用________．A．光的全反射B．紫外线具有很强的荧光作用C．紫外线具有杀菌消毒作用D．X射线有很强的贯穿力E．红外线具有显著的热作用F．红外线波长较长，易发生衍射解析：(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，选择选项D.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择选项C.(3)“神灯”又称红外线灯，主要用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择选项E.答案：(1)D (2)C (3)E5．雷达是现代战争中重要的军事装备，若雷达向飞机发出的微波从发射到反射回来的时间为52 μs(1 μs＝10－6 s)，微波的传播速度等于光速，则微波的传播速度大小为________ m/s，此时飞机与雷达的距离为________ m.解析：微波的传播速度为3×108 m/s ，从发射到接收，微波走过的路程为s ＝vt ＝3×108×52×10－6 m ＝15 600 m.所以飞机与雷达距离为s 2＝7 800 m. 答案：3×108 7 800[课时作业]一、选择题1．关于电磁波的说法中，正确的是( )A ．不同频率的电磁波在真空中的传播速度不同B ．不同频率的电磁波波长不同C ．频率高的电磁波其波长较长D ．电磁波的频率由接收电路的接收装置决定解析：选B.所有电磁波在真空中传播速度都等于光速；由c ＝λf ，知波长与频率成反比，电磁波频率由发射装置决定．2．下列关于电磁波的说法中正确的是( )A ．麦克斯韦电磁场理论预言了电磁波的存在B ．电磁波可以由均匀变化的磁场产生C ．雷达可以利用自身发射的电磁波的衍射波来对目标进行定位D ．随身携带的移动电话(手机)内，只有无线电接收装置，没有无线电发射装置解析：选A.选项A 符合物理史实．电磁波由周期性变化的磁场产生，B 错误；雷达利用电磁波的反射确定目标位置，C 错误；手机内应有发射电磁波的装置，D 错误．3．下列说法不正确的是( )A ．发射出去的无线电波，可以传播到无限远处B ．雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备C ．波长越短的无线电波，越接近直线传播D ．移动电话是利用无线电波进行通讯的解析：选A.无线电波在传播过程中，遇到障碍物就被吸收一部分，能量不断减少．雷达和移动电话的传输都利用了无线电波，波长越短，传播方式越接近直线传播．故B 、C 、D 均正确，A 错误．4．电视各频道所用的传输图象信号的电磁波波段属于( )A ．长波 B.中波C ．短波 D.微波解析：选D.因为微波段是利用空间波传播的，空间波在传输过程中受外界干扰最小，在视频传输、移动电话等方面很适合应用．故电视信号应用微波．5．关于无线电波传播方式——天波，下列说法正确的是( )A ．波长越长，电离层的反射作用越难B ．波长越长，电离层的吸收作用越强C ．“频率逃逸”指的是电台发射的电磁波频率丢失了D ．天波传播方式最稳定，最适合于短波的传播解析：选B.电离层的反射特性与无线电波的波长有关，波长越长，越容易反射，电离层的吸收作用随自由电子密度、无线电波波长的增大而增大，故A 错，B 正确；天波的最大缺点是传播不稳定，故D 错；如果收听远地电台广播会发现已调准的电台突然声音变小，听不清楚，在短时间内不能自行恢复，必须重新调节，这种现象称为“频率逃逸”，故C 错．6．波长为300 m 的电磁波，以下分析正确的是( )A．它的传播速度总是3×108 m/s B．它的频率是106 HzC．它在水中传播的波长仍为300 m D．它在水中传播时的频率大于106 Hz解析：选B.真空中波速为3×108 m/s，则频率f＝cλ＝3×108300Hz＝106 Hz.在水中波速和波长变小，而频率不会改变．7．北京广播台发射“中波”段某套节目的讯号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光、人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4( )A．f1＞f2＞f3＞f4 B.f1＜f2＜f3＞f4C．f1＜f2＜f3＜f4 D.f1＞f2＜f3＜f4解析：选C.VCD机中的激光属于可见光波段．由电磁波谱知选项C正确．8．宇航员在太空离开航天飞机的密封舱从事修复卫星等工作时，必须通过无线电对讲机交谈传递信息，这是因为( )A．宇航员穿着全封闭式增压宇航服，他们之间无法直接对话B．舱外宇航员和航天飞机内的宇航员之间相隔距离较远C．在远离地面的太空没有空气D．利用无线电波传递信息较快解析：选C.电磁波能在真空中传播，而声波则需要介质才能传播．所以宇航员在没有空气的太空中交流必须利用电磁波来完成．二、非选择题9．上海电视台演播厅正在现场直播文艺晚会，某观众在离演员30 m处观看，而北京的一位同学在电视机前观看同一节目．已知北京到上海的距离为1 460 km，问声音先传到哪个人的耳朵里？为什么？解析：根据声速和电磁波波速来比较：该声音从演员传到观众所需时间为t1，则t1＝30340s≈0.088 s，无线电波传播用时间t2＝1 4603×105s≈0.004 9 s，所以，先传到北京那位同学耳中．答案：见解析10．某雷达工作时，发射电磁波的波长为λ＝20 cm，每秒脉冲数n＝5 000，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs，问电磁波的振荡频率为多少？最大的侦察距离是多少？解析：一般在空气中传播时，电磁波的传播速度就认为等于光速c＝3.0×108 m/s.由公式c＝λf得：f＝cλ＝1.5×109 Hz.雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量．设最大侦察距离为s，则2s＝c·Δt，而Δt＝15 000s＝200 μs≫0.02 μs(脉冲持续时间可以略去不计)，所以s＝c·Δt2＝3×104 m.答案：1.5×109 Hz 3×104 m。