4.2 电磁波谱
[学习目标定位] 1.掌握波长、频率和波速的关系．知道电磁波在真空中的传播速度跟光速相同，即c＝3.00×108 m/s.2.了解电磁波谱是由无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线组成的，能够知道它们各自的特点与主要应用.3.了解电磁波具有能量．了解太阳辐射大部分能量集中的波长范围．
一、波长、频率和波速
1．概念
(1)在一列波中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷．邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫做波长．
(2)频率：在1s内所通过波峰或波谷的次数．
(3)波速：表示波的传播快慢．
2．波长、频率和波速的关系
波长、频率和波速三者的关系式为波速＝波长×频率．
二、电磁波谱
1．电磁波谱：把电磁波按波长或频率大小的顺序排列起来，就叫电磁波谱．
2．无线电波
(1)无线电波是波长大于 1 mm(频率小于300 000 MHz)的电磁波．
(2)无线电波主要用于通信和广播．
3．红外线
(1)红外线是一种光波，波长比可见光的波长长，比无线电波的波长短．
(2)红外线不能引起人的视觉：一切物体都会发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强．
(3)红外线的主要作用：红外线遥感、勘测地热、寻找水源、监测森林火灾、预报风暴和寒潮、加热物体．
4．可见光
可见光的波长在700 nm～400 nm之间，能引起人的视觉．
5．紫外线
紫外线也是不可见光，波长比可见光的短，波长范围为5 nm～400 nm.紫外线的显著作用是化学作用．紫外线可以灭菌消毒，人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收．紫外线还有荧光效应．
6．X射线和γ射线
X射线和γ射线的波长比紫外线短．X射线对生命物质有较强的作用，过量的辐射会引起生物体的病变．
X射线具有穿透作用，可以用于人体透视．
γ射线具有更高的能量，在医学上可以用来治疗癌症、探测金属部件内部的缺陷．
三、电磁波的能量
1．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式．
微波炉的工作应用了一种电磁波——微波．食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高．
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2．太阳辐射中含有可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线、无线电波．
太阳辐射的能量主要集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内．眼睛正好能感受这个区域的电磁辐射.
一、波长、频率和波速
1．关系：v＝λf.
2．电磁波的波长(λ)、波速(c)及频率(f)的关系：c＝λf.
(1)电磁波在真空中的速度为光速，c＝3.00×108 m/s.
(2)电磁波的频率越大，波长越短．
3．影响波速的因素
电磁波与机械波不同，它的传播速度与介质和频率有关，而机械波的传播速度只与介质有关．
二、不同波长电磁波的比较
名称
特性
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
主要应用
通信、广播
红外探测器、红外体温计
引起视觉
灭菌、消毒、防伪
医学透视、
安检、金属
探伤
治疗疾病、金属探伤
真空中的速度
都是c＝3.00×108 m/s
频率
小→大
同介质中速度
大→小
一、波长、频率和波速的关系
例1 如图1所示为一个同学敲打水面形成的水波示意图，通过测量得到相关数据标记在图上，请回答：
图1
(1)A、B、C、D四点中哪个点在波峰，哪个点在波谷？
(2)已知图中水波传播的速度为1 m/s，根据图中数据计算该水波的频率为多少？
答案 (1)C点 A点 (2)Hz
针对训练 频率为5×1014 Hz的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？在这个距离中有多少个波长？
答案 3.3×10－8 s 1.7×107个
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解析 该红光的波长由c＝λf得，λ＝＝ m＝6.0×10－7 m．传到眼睛需要的时间是t＝＝ s＝3.3×10－8 s，在这个距离中的波长数有n＝＝＝1.7×107个．
二、电磁波的应用
例2 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空格上．
(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射线具有很强的穿透力
E．红外线具有显著的热效应
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C.
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是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E.
答案 (1)D (2)C (3)E
1．(电磁波谱)下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是( )
A．红外线、紫外线、可见光、γ射线
B．γ射线、紫外线、红外线、可见光
C．γ射线、紫外线、可见光、红外线
D．红外线、可见光、紫外线、γ射线
答案 D
2．(电磁波的特性)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它的频率比X射线还要高
C．紫外线的频率比紫光低
D．在电磁波谱中，穿透能力最强的是X射线
答案 AB
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解析 X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，选项A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，选项B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线的频率比紫光高，在电磁波谱中γ射线的穿透能力最强，故选项C、D错误．
3．(电磁波的应用)据国外媒体报道，韩国科学家通过巧妙地处理荧光蛋白基因，成功地克隆了猫．这个程序有助于相关人员研发治疗人类遗传病的方法．该过程的一个“副产品”是，黑暗中的克隆猫接触紫外线时会发红光．该猫发红光的原因是紫外线具有( )
A．热效应 B．荧光效应
C．灭菌消毒作用 D．波长较短的特点
答案 B
4．(电磁波的应用)有些动物夜间几乎什么都看不到，而猫头鹰在夜间却有很好的视力．其原因是( )
A．不需要光线，也能看到目标
B．自身眼睛发光，照亮搜索目标
C．可对红外线产生视觉
D．可对紫外线产生视觉
答案 C
5．(波长、频率和波速)波长为50 m～100 m的无线电波适宜通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1 500 km的远处至少需要多长时间？
答案 3×106 Hz～6×106 Hz 5×10－3 s
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