2022-2023学年高二物理举一反三系列（人教版选择性必修第二册）专题4.4 电磁波谱（解析版）

专题4.4电磁波谱【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1无线电波的应用】 【题型2红外遥感】 【题型3红外线测温】 【题型4可见光】 【题型5紫外线】 【题型6x射线和射线】 【题型7综合问题】 【题型1无线电波的应用】【例1】（多选）目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz到1000MHz的范围内，下列关于雷达和电磁波说法正确的是()A．电磁波可由周期性非均匀变化的电场或磁场产生B．电磁波可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，反射性能越强答案ACD解析雷达是利用电磁波的反射原理制成的，电磁波可由周期性非均匀变化的电场和磁场产生，故B错误，A、C正确．电磁波的波长越短，反射性能越强，故D正确．【变式1-1】雷达测距防撞控制系统(Distronic，简称DTR)是用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备，某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方匀速飞来，已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1×10－4s，某时刻雷达显示屏上显示的波形如图甲所示，A脉冲为发射波，B脉冲为目标反射波，经t＝170s后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示，则该飞机的飞行速度约为多少？(c＝3×108m/s)答案305.6m/s解析由题图信息知，相距较远时，脉冲波显示的距离为s＝eq\f(ct,2)＝eq\f(3×108×4×10－4,2)m＝6×104m.当到达雷达正上方后，脉冲波显示的距离为s′＝eq\f(ct′,2)＝eq\f(3×108×2×10－4,2)m＝3×104m.由于开始时飞机在雷达斜上方，后来飞机到达雷达正上方，所以飞机的速度为v＝eq\f(\r(6×1042－3×1042),170)m/s≈305.6m/s.【变式1-2】如图所示，我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在1～10m范围内，则对该无线电波的判断正确的是()A．米波的频率比厘米波频率高B．和机械波一样须靠介质传播C．同光波一样会发生反射现象D．不可能产生干涉和衍射现象答案C解析根据f＝eq\f(v,λ)可知，电磁波的波长越大，频率越低，故米波的频率比厘米波的频率低，选项A错误；无线电波的传播不需要介质，选项B错误；无线电波同光波一样会发生反射现象，选项C正确；干涉和衍射是波特有的现象，故无线电波也能发生干涉和衍射现象，选项D错误．【变式1-3】关于电磁波谱，下列说法正确的是()A．红外体温计的工作原理是人的体温越高，发射的红外线越强，有时物体温度较低，不发射红外线，导致无法使用B．紫外线的频率比可见光低，医学中常用于杀菌消毒，长时间照射人体可能损害健康C．X射线、γ射线频率较高，波动性较强，粒子性较弱，较难发生光电效应D．手机通信使用的是无线电波，其波长较长，更容易观察到衍射现象解析：选D有温度的物体都会发射红外线，A错误；紫外线的频率比可见光高，医学中常用于杀菌消毒，长时间照射人体可能损害健康，B错误；X射线、γ射线频率较高，波动性较弱，粒子性较强，较易发生光电效应，C错误；手机通信使用的是无线电波，其波长较长，更容易观察到衍射现象，D正确。【题型2红外遥感】【例2】[多选]下列说法中正确的是()A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机D．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究E．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征解析：选ADE北斗导航系统是利用电磁波工作的，A正确；食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加，B错误；常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，C错误；天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究，D正确；遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征，E正确。【变式2-1】红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为()A．2.5～3.5μmB．4～4.5μmC．5～7μmD．8～13μm答案D解析由题图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围是8～13μm；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是5～13μm.综上可知，选D.【变式2-2】间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车辆离开，也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于()A．可见光波段 B．红外波段C．紫外波段 D．X射线波段解析：选B所有的物体都能发出红外线，热的物体的红外线辐射比冷的物体的强，间谍卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射，这是红外线摄影的基础。再者，红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的波长长，有较好地穿透云雾的能力，故B正确。而其他选项的光不具备以上特点，故A、C、D错误。【变式2-3】(多选)下列说法中正确的是()A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来摇控电视机D．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征解析：选AD北斗导航系统是利用电磁波工作的，A正确；食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加，B错误；常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，C错误；遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征，D正确。【题型3红外线测温】【例3】在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示。下列说法正确的是()A.当体温超过37.3℃时人体才辐射红外线B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D.红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的答案D解析一切物体都在辐射红外线，温度越高，其辐射红外线的强度越大，A、B、C项错误，D项正确。【变式3-1】新型冠状病毒疫情已被我国有效控制。为了战胜疫情，我们的志愿者在社区、机场等公共场所不顾个人安危，为行人量体温、查信息，严防死守，确保一方平安。志愿者使用的体温检测器通过非接触的方法感应人体的体温以此来排查新型冠状病毒的疑似感染病例。请问这种体温检测器工作时利用了哪种电磁波的特性()A．红外线 B．紫外线C．X射线 D．γ射线解析：选A红外线最显著的特性是热效应，体温检测器工作时利用的电磁波是红外线，A正确。【变式3-2】2020年初，在抗击2019－nCoV，红外线体温计发挥了重要作用。下列关于红外线的说法中正确的是()A.红外线的波长比红光短B.利用红外线的热效应可以加热物体C.红外遥感是利用红外线的穿透能力强D.高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线答案B解析红外线的波长比红光的波长更长，故A错误；红外线是一种看不见的光，通过红外线的照射，可以使物体的温度升高，故B正确；人们利用红外线来实行遥控和遥感，是因为红外线波长长，更容易发生衍射，故C错误；一切物体都向外辐射红外线，故D错误。【变式3-3】测温是防控新冠肺炎的重要环节。在公共场所常用如图所示的测温枪为出入人员测温，测温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将测温枪靠近皮肤表面，修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温，下列说法正确的是()A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒B.红外线是波长比紫外线长的电磁波C.红外线的穿透能力很强，接受红外线照射是会伤害身体的D.红外线的频率大于X光的频率答案B解析紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应，故A错误；由电磁波谱可知，红外线是波长比紫外线长的电磁波，故B正确；红外线的热作用很强，接受红外线照射是不会伤害身体的，故C错误；由电磁波谱可知，红外线的频率小于X光的频率，故D错误。【题型4可见光】【例4】关于光的偏振现象，下列说法中正确的是()A．偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同B．自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光C．光的偏振现象说明光是一种纵波D．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用答案B解析偏振光沿各个方向振动的光波的强度都不相同，自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光，选项B正确，A错误；光的偏振现象说明光是一种横波，照相机镜头表面的镀膜是光的干涉现象的应用，选项C、D错误．【变式4-1】(多选)下列说法正确的是()A．用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理B．紫外线比红外线更容易发生衍射现象C．经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光的条纹宽度大D．光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的E．光的偏振现象说明光是一种横波答案ACE解析用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理，所以A正确；紫外线的频率比红外线大，故波长比红外线小，所以二者相比红外线更容易发生衍射现象，B错误；根据条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，波长越长，条纹间距越大，因为红光的波长大于绿光的波长，所以经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光的条纹宽度大，故C正确；光的折射、衍射都能引起光的色散，所以D错误；偏振是横波特有的，光的偏振现象说明光是一种横波，所以E正确．【变式4-2】与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的．小虎画出了月全食的示意图，如图所示，并提出了如下猜想，其中最为合理的是()A．地球上有人用红色激光照射月球B．太阳照射到地球的红光反射到月球C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D．太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹答案C解析同种介质对频率大的光折射率大，太阳光中红光的频率最小，经大气层时偏折的程度最小．小明在月全食时，看到月亮呈现暗红色，是因为太阳光中的部分红光经地球大气层折射到月球，故选项C正确．【变式4-3】光电效应现象说明光具有________性，如图是电磁波谱，由图可知可见光的最高频率为_______。【答案】

粒子

【解析】光电效应现象说明光具有粒子性；由图可知，可见光的最小波长为，则最大频率为【题型5紫外线】【例5】新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较()A.红外线的光子能量比紫外线的大B.真空中红外线的波长比紫外线的长C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大D.红外线能发生偏振现象，而紫外线不能答案B解析根据电磁波谱可知，红外线的频率小于紫外线的频率，真空中红外线的波长大于紫外线的波长，由光子能量公式可知，红外线光子能量小于紫外线光子能量，选项A错误，B正确；真空中任何光的传播速度都相等，所以真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度，选项C错误；由于光是横波，都能够发生偏振现象，所以红外线和紫外线都能够发生偏振现象，选项D错误。【变式5-1】电磁波的频率范围很广，按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱，如图所示。下列说法正确的是（

）A．移动电话使用可见光进行Wi—Fi联网B．冷物体的红外辐射比热物体的红外辐射强C．紫外线具有的能量足以破坏细胞核中的物质D．X射线的频率比γ射线的频率高【答案】C【解析】移动电话经常使用Wi-Fi联网，也会用蓝牙传输数据，两种方式均是利用电磁波来传输信息的，均利用了电磁波中的微波，故A错误；根据辐射的特点可知，所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强，故B错误；紫外线频率较高，所以具有较高的能量，可破坏细胞中的物质，通常用于杀菌，故C正确；在电磁波谱中，常见电磁波有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，它们的波长是依次变短，频率依次变长，故D错误。【变式5-2】(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是()A．红外线比红光波长长，它的热作用很强B．X射线就是伦琴射线C．阴极射线是一种频率极高的电磁波D．紫外线的波长比伦琴射线的长，它的显著作用是荧光作用答案ABD解析在电磁波谱中，红外线的波长比可见光的长，而红光属于可见光，故选项A正确．X射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波，故选项B正确．阴极射线与电磁波有着本质的不同，电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中可能会偏转，电磁波在真空中的速度是3×108m/s，而阴极射线的速度总是小于3×108m/s，阴极射线实际是高速电子流，故选项C错误．紫外线的显著作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，且紫外线的波长比伦琴射线的长，故选项D正确．【变式5-3】现有甲、乙两个光源,一个能产生红外线,一个能产生紫外线,但是光源上无任何标志,小明为了区分它们,就取来一张100元的钞票,发现当钞票放在甲灯下时,钞票上显出闪亮的荧光标记,放在乙灯下钞票很快变热,但是不能看出荧光标记。甲乙丙(1)由小明的实验可知甲灯为灯,乙灯的光具有。

(2)如图乙所示,他又用紫外线灯照射一块透明玻璃,调整透明玻璃的位置和角度,看到钞票上的“100”字样再次发光。这表明紫外线能被透明玻璃。

(3)如图丙所示,他把这块透明玻璃放在紫外线灯和钞票之间,让紫外线灯正对玻璃照射,在另一侧无论怎样移动钞票,“100”字样都不发光。他这次实验是为了探究。

答案:(1)紫外线热效应(2)反射(3)紫外线能否透过玻璃【题型6x射线和γ射线】【例6】(1)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有________。A.杀菌用的紫外灯B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机(2)我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯(内层玻璃)的折射率比外套(外层玻璃)的________(选填“大”或“小”)。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为________。(sin43°＝0.68，cos43°＝0.73，结果保留2位有效数字)(3)国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一。在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为Δt。已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ，求该月壤层的厚度d。答案(1)AB(2)大1.5(3)eq\f(fλΔt,2)解析(1)紫外线和X光从本质上说是电磁波，A、B项正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D项错误。(2)当电磁波传播到光纤内芯与外套界面时发生全反射，所以内芯的折射率比外套的折射率大；由临界角与折射率的关系可知，内芯的折射率n＝eq\f(1,sin43°)≈1.5。(3)电磁波的传播速度v＝fλ根据题意2d＝vΔt解得d＝eq\f(fλΔt,2)。【变式6-1】（多选）下列关于电磁波谱各成员说法中正确的是()A．最容易发生衍射现象的是无线电波B．紫外线有明显的热效应C．X射线穿透能力较强，所以可用来检查工件D．晴朗的天空看起来呈蓝色是光散射的结果解析波长越长越易衍射，故A正确；有明显热效应的是红外线，故B错误；X射线因其穿透能力较强常用于人体拍片和检查金属零件缺陷，故C正确；天空呈蓝色是由于波长较短的光易被散射，故D正确．答案ACD【变式6-2】（多选）关于电磁波的应用，下列说法中正确的是()A．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒B．工业上利用γ射线检查金属部件内部有无砂眼和裂缝C．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短、分辨率高D．卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线衍射能力较强答案BCD解析医院里用来消毒的是紫外线，工业上是利用了γ射线极强的穿透力，红外线衍射能力强是由于波长长．【变式6-3】关于X射线和γ射线，以下说法正确的是（）A．都是波长极短、频率很高的电磁波B．都是原子的内层电子受到激发后产生的C．都是原子核受激发后产生的D．都是波长很长的电磁波【答案】A【解析】X射线和γ射线都是频率很高，波长极短的电磁波，故A正确，D错误；X射线原子的内层电子受到激发后产生的，γ射线原子核受激发后产生的，故BC错误。【题型7综合问题】【例7】2021年7月4日,我们在电视中看到航天员汤洪波走出离地面高约为400km的中国空间站,标志着我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站的,下列关于电磁波的说法不正确的是()A.生活中用微波炉来加热食物,可见,电磁波具有能量B.汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014sC.1886年,赫兹通过实验捕捉到电磁波,证实了麦克斯韦的电磁场理论,为无线电技术的发展开拓了道路D.英国物理学家麦克斯韦系统总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果,在此基础上,他最终建立了经典电磁场理论答案:B解析:电磁波具有能量,食物中的水分子受到微波的激发后,振动剧烈,使食物的温度升高,这就是微波炉加热食物的原理,选项A正确。电磁波在真空中或空气中传播的速度v=3.0×108m/s,空间站到地球表面的距离s=4×105m,电磁波从空间站传播