精选高中物理第6章电磁波与信息时代第1节电磁波载息传万里教师用书鲁科版选修1_1

第1节 电磁波载息传万里1.基本知识 (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)．2．思考判断(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．(×)1.(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．(4)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．(5)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．2．探究交流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？【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.(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．2．思考判断(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．(√)1．电磁波的波长、波速和频率满足怎样的关系？【提示】v＝λf.2．电磁波从一种介质进入另一种介质时，不变的量是谁？【提示】频率．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．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．电磁波的频率与发射电磁波的装置有关，与介质无关，故频率不变，电磁波的波速与介质有关，在水中的波速小于真空中的波速，由v＝λ·f得，同一电磁波在水中的波长应小于真空中的波长．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＝λ·f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】 B1．下列说法正确的是( )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】 C1．电磁波有哪三种传播方式？【提示】 地波、天波、空间波．2．雷达有哪些用途？【提示】 测距、定位．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．下列说法正确的是( )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【审题指导】 根据无线电波三种传播方式的特点和主要适用的波段来分析．【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．2．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【备课资源】(教师用书独具)网络家电在我们身边随着互联网的日益普及，家用电器的研发和革新也开始走向了信息化，就是人们随手可及的电视机、电话机、电冰箱等最“古老”的家电，在国外已被重新“包装”为“网络家电”，给“老古董”赋予了新的功能，成为21世纪的宠儿．电视机接上了互联网，用户在看电视节目的同时，还可任意在互联网上冲浪，并可以把与电视节目有关的网址下载，还可以通过E－mail传送视频、音频及静态图像，如接上打印机，就可以把你所要的资料打印出来；网络可视电话与家用电脑连接，通过声卡软件、麦克风和视屏，不仅可以在网上可视聊天，还能通过互联网拔打国际电话，而且音像清晰、收费便宜；网络信息冰箱则可通过液晶显示屏上网，接收有线电视或网络服务信息，并可通过主页传递家庭电子邮件或各类信息；网络收音机通过通信卫星接收全球1 000多家广播电台的信号，调频清晰，音质优秀，并可通过互联网收听各种综合服务信息；凡此种种，网络家电的市场真是无处不在，触手可及.网络家电的声势不仅在国外浩荡．在国内也是同样的日新月异．海尔集团推出了银灰色系列，这是海尔集团经过3年的潜心研发而献给全国人民乃至全世界人民的高技术成果．他们的一整套网络家电包括网络微波炉、网络冰箱、网络洗衣机、网络空调、网络热水器、网络摄像机、可视电话等十几个门类的近百个品种，当你置身于海尔的家电样板间时，如同进入了一个信息化的社会，让你无时无刻不感觉到高科技的存在．长虹集团与IBM进行专项技术交流，就“交互式宽带多媒体信息网”投入商业运作问题建立战略合作，开始进军有线电视网络；海信也随即推出了网络电脑，可通过电话遥控开机、关机，并可以随时控制家里所有的电器是否工作．目前，国内外的厂商和研发机构都在进行网络家电的开发，目的是让“老家电”赋予新的生命，为传统产业的产品开发增值服务．在国际家电市场上，先进的技术日新月异．通过互联网的高速传递，新一轮的技术革命很快就在国内展开．为了适应网络时代的发展，微软公司正和一群家电软、硬件制造商联手，研制、开发网络家电技术．据悉，微软公司将于近年推出第一批智能型即插即用家电．家电网络化已是大势所趋，要想在风云变幻的市场上争得一席之地，必须提高产品的科技含量，顺应时代发展的潮流．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】 A3．下列通讯工具利用微波传播的是( )A．卫星电视B．导航C．无线电广播D．有线电话【解析】长波主要用于导航、报时，中波用于无线电广播，短波用于电话、电报、广播等，微波用于卫星通信等，A正确．【答案】 A学业达标测评(十七)(建议用时：45分钟)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( )【导学号：31870042】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．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＝3.0×108200×106 m ＝1.5 m ，λ2＝3.0×1081 000×106 m ＝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．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．故正确答案是B、C、D.【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( )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】 C9．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/sB．它的频率是106 HzC．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＝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，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 ＝3×108m/s ，故通信所用的时间t 1＝s v ＝1.6×1083×108 s≈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＝1.5×105×23×108 s ＝10－3 s. 【答案】 0.53 10－312．“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)?【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。