2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第4章电磁振荡与电磁波第4节电磁波谱课件

4.电磁波谱一、电磁波谱电磁波的应用一、电磁波谱电磁波的应用1.1.电磁波谱电磁波谱:(1)(1)定义定义:按按_的顺序把所有电磁波排列起的顺序把所有电磁波排列起来来,称之为电磁波谱称之为电磁波谱.(2)(2)顺序顺序:按照波长从长到短依次排列为按照波长从长到短依次排列为:_:_、红、红外线、外线、_、紫外线、紫外线、X X射线、射线、射线射线.波长波长(或频率或频率)无线电波无线电波可见光可见光2.2.电磁波的特性电磁波的特性:不同的电磁波由于具有不同的不同的电磁波由于具有不同的_,_,才具有不同的特性才具有不同的特性.(1)(1)无线电波无线电波:波长从几毫米到几十千米的电磁波是无波长从几毫米到几十千米的电磁波是无线电波线电波,主要用于主要用于_和和_._.(2)(2)红外线红外线:波长位于微波和可见光之间的电磁波波长位于微波和可见光之间的电磁波,不能不能直接引起人的视觉直接引起人的视觉.所有物体都会发射红外线所有物体都会发射红外线,热物体热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强的红外辐射比冷物体的红外辐射强,主要应用于主要应用于_或或红外线遥感红外线遥感.频率频率通信通信广播广播加热加热(3)(3)紫外线紫外线:波长范围在波长范围在60nm60nm到到400 nm400 nm之间之间,不能直接引不能直接引起人的视觉起人的视觉,紫外线具有化学作用紫外线具有化学作用,应用于应用于_;_;还还有较强的荧光效应有较强的荧光效应,用来激发荧光物质发光用来激发荧光物质发光.(4)X(4)X射线射线:波长比紫外线还短的电磁波波长比紫外线还短的电磁波,_,_较强较强.用来检查工业部件的内部有无砂眼、裂纹等缺陷用来检查工业部件的内部有无砂眼、裂纹等缺陷,医学医学上用于透视人体上用于透视人体.杀菌消毒杀菌消毒穿透力穿透力(5)(5)射线射线:比比X X射线波长更短的电磁波射线波长更短的电磁波,波长范围为波长范围为1010-7-71010-2-2nm,nm,具有很高的能量具有很高的能量,穿透能力更强穿透能力更强.主要主要应用有应用有:医学上治疗作用医学上治疗作用,工业上工业上_作用作用.探测探测3.3.电磁波的产生机理电磁波的产生机理:(1)(1)无线电波主要是自由电子在振荡电路中的无线电波主要是自由电子在振荡电路中的_运运动产生的动产生的.(2)(2)红外线、可见光、紫外线是原子的红外线、可见光、紫外线是原子的_运动发运动发生变化时产生的生变化时产生的.(3)X(3)X射线是原子的射线是原子的_运动发生变化时产生的运动发生变化时产生的.(4)(4)射线是从射线是从_发射出来的发射出来的.周期性周期性外层电子外层电子内层电子内层电子原子核内部原子核内部【想一想想一想】生活中的哪些现象应用了电磁波生活中的哪些现象应用了电磁波?提示提示:生活中生活中,电磁波应用非常广泛电磁波应用非常广泛,像电视、雷达、卫像电视、雷达、卫星导航、微波炉、移动电话星导航、微波炉、移动电话(手机手机)等都应用了电磁波等都应用了电磁波.二、无线电波的发射和传播二、无线电波的发射和传播1.1.有效发射电磁波必须满足的两个条件有效发射电磁波必须满足的两个条件:(1)(1)振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的_中中.开放开放空间空间为了满足以上要求为了满足以上要求,可以可以_电容器极板间的距离电容器极板间的距离,_极板的面积极板的面积,同时同时_自感线圈的匝数自感线圈的匝数,使原来使原来集中在电容中的电场和集中在线圈中的磁场扩散到集中在电容中的电场和集中在线圈中的磁场扩散到外部空间中去外部空间中去.这种使电场和磁场扩展到外部空间这种使电场和磁场扩展到外部空间的振荡电路叫的振荡电路叫_._.增大增大减小减小减小减小开放电路开放电路(2)(2)要有足够高的要有足够高的_,_,频率越高频率越高,振荡电路向外发振荡电路向外发射电磁波的本领越大射电磁波的本领越大.振荡频率振荡频率LCLC振荡电路由闭合电路演变振荡电路由闭合电路演变为开放电路示意图为开放电路示意图2.2.电磁波的调制电磁波的调制:(1)(1)调制调制:把传递的信号把传递的信号“加加”到到_上的过程上的过程.(2)(2)调制的分类调制的分类.调幅调幅:使高频振荡的使高频振荡的_随信号而变随信号而变.调频调频:使高频振荡的使高频振荡的_随信号而变随信号而变.载波载波振幅振幅频率频率3.3.无线电波的传播无线电波的传播:无线电波通常有三种传播途径无线电波通常有三种传播途径:地波、天波和空间波地波、天波和空间波.途径途径传播形式传播形式适合波段适合波段主要特点主要特点地波地波沿地球沿地球_空间传播空间传播长波、长波、_、中短波中短波_能力能力较强较强,但能但能量损失较多量损失较多表面表面中波中波衍射衍射途径途径传播形式传播形式适合波段适合波段主要特点主要特点天波天波靠大气中靠大气中_的反射传播的反射传播短波短波_能力较强能力较强,但不够稳定但不够稳定空间波空间波像光束那样像光束那样沿沿_传播传播超短波和超短波和微波微波穿透能力较强穿透能力较强,但但_受受限制限制电离电离层层反射反射直线直线传播距离传播距离【判一判判一判】(1)(1)为了有效发射电磁波为了有效发射电磁波,使电容器变成了两条长的直使电容器变成了两条长的直导线导线.()(2)(2)地波在传播过程中衍射能力较强且能量损失少地波在传播过程中衍射能力较强且能量损失少.()(3)(3)电磁波的调制就是把低频的电信号加载到高频振荡电磁波的调制就是把低频的电信号加载到高频振荡电流上电流上.()提示提示:(1).(1).为了有效发射电磁波为了有效发射电磁波,减小了极板面积减小了极板面积,使使电容器变成了两条长的直导线电容器变成了两条长的直导线,形成开放电路形成开放电路.(2)(2).地波在传播过程中衍射能力较强且能量损失较地波在传播过程中衍射能力较强且能量损失较多多.(3).(3).低频率的电信号不能直接向空间发射低频率的电信号不能直接向空间发射,必须把低必须把低频的电信号频的电信号“加载加载”到高频振荡电流上再发射出去到高频振荡电流上再发射出去.三、无线电波的接收三、无线电波的接收1.1.电磁谐振电磁谐振:当振荡电路的当振荡电路的_跟传播来的电磁跟传播来的电磁波的频率相等时波的频率相等时,电路里激起的感应电流最强电路里激起的感应电流最强.2.2.调谐调谐:使接收电路产生使接收电路产生_的过程的过程.3.3.调谐电路调谐电路:能够调谐的能够调谐的_._.固有频率固有频率电谐振电谐振接收电路接收电路【判一判判一判】(1)(1)接收天线必须利用导体材料制作接收天线必须利用导体材料制作.()(2)(2)利用接收天线接收到的信号可以直接还原成声音或利用接收天线接收到的信号可以直接还原成声音或图像图像.()提示提示:(1).(1).电磁波能使导体中产生感应电流电磁波能使导体中产生感应电流,不能使不能使绝缘体中产生感应电流绝缘体中产生感应电流.(2)(2).利用接收天线接收到的信号需要先经过解调才利用接收天线接收到的信号需要先经过解调才能还原成声音或图像能还原成声音或图像.知识点一知识点一对电磁波的理解对电磁波的理解思考探究思考探究:无线电波、红外线、紫外线、无线电波、红外线、紫外线、X X射线等都是电磁波射线等都是电磁波.但但是是,无线电波主要应用于通讯无线电波主要应用于通讯,红外线主要应用于遥感、红外线主要应用于遥感、红外摄像和红外制导红外摄像和红外制导,紫外线主要应用于杀菌消毒紫外线主要应用于杀菌消毒,而而X X射线主要应用于透视射线主要应用于透视,这是为什么呢这是为什么呢?提示提示:这是由于不同波段的电磁波表现出不同的特性这是由于不同波段的电磁波表现出不同的特性,性质决定它们的用途性质决定它们的用途.【归纳总结归纳总结】1.1.对电磁波的理解对电磁波的理解:(1)(1)电磁波是一种物质电磁波是一种物质,像电场、磁场一样像电场、磁场一样,它是客观存它是客观存在的真实物质在的真实物质,是物质存在的另一种形式是物质存在的另一种形式.(2)(2)电磁波具有能量电磁波具有能量,以电磁场的形式存在以电磁场的形式存在,也就是说电也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播磁场的能量通过电磁波来传播.(3)(3)电磁波的能量与频率有关电磁波的能量与频率有关,频率越高频率越高,能量越大能量越大.(4)(4)电磁波能传递信息电磁波能传递信息.2.2.各种电磁波共性与个性的比较各种电磁波共性与个性的比较:(1)(1)共性共性.在本质上都是电磁波在本质上都是电磁波,它们的行为服从相同的规律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界限各波段之间的区别并没有绝对的界限.都遵守公式都遵守公式v=f,v=f,它们在真空中的传播速度都是它们在真空中的传播速度都是c=3.010c=3.0108 8m/s.m/s.传播都不需要介质传播都不需要介质.都具有反射、折射、衍射和干涉的特性都具有反射、折射、衍射和干涉的特性.都是横波都是横波.(2)(2)个性个性.不同电磁波的频率或波长不同不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性表现出不同的特性.波长越长波长越长,衍射能力越强衍射能力越强;波长越短波长越短,穿透能力越强穿透能力越强.同频率的电磁波同频率的电磁波,在不同介质中传播速度不同在不同介质中传播速度不同.不同不同频率的电磁波频率的电磁波,在同一种介质中传播时在同一种介质中传播时,频率越大频率越大,折射折射率越大率越大,速度越小速度越小.应用范围不同应用范围不同.无线电波用于通信和广播无线电波用于通信和广播,红外线用红外线用于加热和遥感技术于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒紫外线用于杀菌消毒,X,X射线应用于射线应用于医学上的医学上的X X光照片光照片,射线用于检查金属部件的缺陷射线用于检查金属部件的缺陷.【特别提醒特别提醒】(1)(1)不同频率的电磁波在同一种介质中的传播速度并不不同频率的电磁波在同一种介质中的传播速度并不相同相同.(2)(2)无线电波的波长较长无线电波的波长较长,而可见光的波长很短而可见光的波长很短,所以无所以无线电波很容易发生明显的衍射现象线电波很容易发生明显的衍射现象,而可见光则不易发而可见光则不易发生明显的衍射现象生明显的衍射现象.【典例示范典例示范】下列关于电磁波的说法中下列关于电磁波的说法中,正确的是正确的是 ()A.A.电磁波是纵波电磁波是纵波B.B.电磁波可以传递能量电磁波可以传递能量C.C.电磁波不能在真空中传播电磁波不能在真空中传播D.D.电磁波在任何介质中的传播速度都是电磁波在任何介质中的传播速度都是3103108 8m/sm/s【解题探究解题探究】(1)(1)电磁波的振动方向与传播方向有什么关系电磁波的振动方向与传播方向有什么关系?提示提示:相互垂直相互垂直.(2)(2)电磁波的传播需要介质吗电磁波的传播需要介质吗?提示提示:不需要不需要.【正确解答正确解答】选选B.B.电磁波的传播方向与振动方向垂直电磁波的传播方向与振动方向垂直,是横波是横波,A,A错误错误;电磁波可以传递信息和能量电磁波可以传递信息和能量,B,B正确正确;电电磁波传播不需要介质磁波传播不需要介质,可以在真空中传播可以在真空中传播,C,C错误错误;电磁电磁波在不同介质传播速度不同波在不同介质传播速度不同,在真空中的传播速度是在真空中的传播速度是3 310108 8m/s,Dm/s,D错误错误.【过关训练过关训练】1.1.下列有关电磁波的说法中正确的是下列有关电磁波的说法中正确的是()A.A.电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波B.B.电磁波谱中最难发生衍射的是电磁波谱中最难发生衍射的是射线射线C.C.频率接近可见光的电磁波沿直线传播频率接近可见光的电磁波沿直线传播D.D.以上说法都不正确以上说法都不正确【解析解析】选选B.B.根据波的衍射条件根据波的衍射条件,波长较长的无线电波波长较长的无线电波容易产生显著的衍射现象