高二物理課件 14.4 《電磁波與信息化社會》 14.5 電磁波譜 （人教選修3-4）

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歡迎進入物理課堂 一 走進科學(xué) 了解雷達1 雷達的原理利用電磁波遇到障礙物發(fā)生反射的特性 2 構(gòu)造及特點一般由天線系統(tǒng) 發(fā)射裝置 接收裝置 輸出裝置 顯示器 電源 用于控制雷達工作和處理信號的計算機以及防干擾設(shè)備等構(gòu)成 1 雷達既是無線電波的發(fā)射端 又是無線電波的接收端 2 雷達使用的無線電波是直線性能好 反射性能強的微波波段 3 雷達發(fā)射的是不連續(xù)的無線電波 即脈沖 每次發(fā)射時間短于1 s 兩次發(fā)射的時間間隔約為0 1ms 4 障礙物的距離等情況都由顯示器直接顯示出來 3 應(yīng)用探測飛機 導(dǎo)彈等軍事目標 可以用于導(dǎo)航 天文學(xué)上研究星體 在氣象上可以用于探測臺風(fēng) 雷雨 烏云等 當反射波形與發(fā)射波形對應(yīng)的時間間隔等于發(fā)射脈沖的時間間隔時 雷達的偵察距離最大 s c 典例1 某一戰(zhàn)斗機正以一定的速度朝雷達的正上方水平勻速飛行 已知雷達發(fā)射相鄰兩次電磁波之間的時間間隔為5 10 4s 某時刻在雷達熒光屏上顯示的波形如圖 a 所示 t 173s后雷達向正上方發(fā)射和接收的波形如圖 b 所示 雷達監(jiān)視相鄰刻線間表示的時間間隔為10 4s 電磁波的傳播速度為c 3 108m s 則該戰(zhàn)斗機的飛行速度大約為多少 解題指導(dǎo) 標準解答 由題意知熒光屏相鄰刻線間的時間間隔t0 10 4s a 圖發(fā)射波和接收波的時間間隔t1 4 10 4s b 圖時間間隔t2 1 10 4s 所以第一次飛機位置距雷達的距離為s1 c 6 0 104m 第二次飛機在雷達正上方 所以飛機高度h c 1 5 104m 所以173s內(nèi)飛機飛行的水平距離為s 5 8 104m 所以v 335m s 答案 335m s 規(guī)律方法 雷達偵察問題的解決方法電磁波在空中的傳播可認為等于真空中的光速c 由波速 波長和頻率三者間的關(guān)系可求得頻率 根據(jù)雷達熒光屏上發(fā)射波形和反射波形間的間隔 即可求得偵察距離 為此反射波必須在下一個發(fā)射波發(fā)出前到達雷達接收器 可見 雷達的最大偵察距離應(yīng)等于電磁波在雷達發(fā)射相鄰兩個脈沖的間隔時間內(nèi)傳播距離的一半 1 當反射波形與發(fā)射波形對應(yīng)的時間間隔等于發(fā)射脈沖的時間間隔時 雷達的偵察距離最大 2 要增大雷達的最大偵察距離 必須相應(yīng)地延長發(fā)射脈沖的時間間隔 即減少每秒發(fā)射的脈沖數(shù) 3 因電磁波在傳播過程中不可避免地要損失能量 因此要提高雷達的偵察能力 增大最大偵察距離 最根本的還在于提高雷達的發(fā)射功率 變式訓(xùn)練 對于雷達指示器的熒光屏上出現(xiàn)的尖形波如圖所示 下列說法正確的是 兩個尖形波都是雷達向目標發(fā)射的無線電波形成的 兩個尖形波都是雷達收到反射回來的無線電波形成的 第一個尖形波是雷達向目標發(fā)射的無線電波形成的 第二個尖形波是雷達收到反射回來的無線電波形成的A B C D 解析 選C 第一個尖形波振幅大能量大 是發(fā)射的無線電波形成的 第二個尖形波振幅小 能量小 是反射回來的無線電波形成的 二 各種電磁波共性和個性的比較 1 共性 1 它們在本質(zhì)上都是電磁波 它們的行為服從相同的規(guī)律 各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義 2 都遵守公式v f 它們在真空中的傳播速度都是c 3 0 108m s 3 它們的傳播都不需要介質(zhì) 4 它們都具有反射 折射 衍射和干涉的特性 2 個性 1 不同電磁波的頻率或波長不同 表現(xiàn)出不同的特性 波長越長越容易產(chǎn)生干涉 衍射現(xiàn)象 波長越短穿透能力越強 2 同頻率的電磁波 在不同介質(zhì)中速度不同 不同頻率的電磁波 在同一種介質(zhì)中傳播時 頻率越大折射率越大 速度越小 3 產(chǎn)生機理不同 4 用途不同無線電波用于通信和廣播 紅外線用于加熱和遙感技術(shù) 紫外線用于殺菌消毒 X射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的X光照片 射線用于檢查金屬部件的缺陷等 X射線與 射線都具有穿透能力 但 射線的穿透能力最強 X射線能穿透人體 通常用作人體透視 而 射線可以穿過幾厘米厚的鉛板 可以作探測金屬內(nèi)部缺陷的射線 典例2 2011 東營高二檢測 下列有關(guān)電磁波的說法中正確的是 A 電磁波譜中最難發(fā)生衍射的是無線電波B 電磁波譜中最難發(fā)生衍射的是 射線C 頻率大于可見光的電磁波表現(xiàn)為沿直線傳播D 以上說法都不正確 解題指導(dǎo) 標準解答 選B C 波長越長 越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 在電磁波中 無線電波波長最長 射線的波長最短 故選項A錯誤 B正確 波長越短 頻率越大的電磁波 其衍射現(xiàn)象不明顯 傳播的直線性越好 故C項正確 變式訓(xùn)練 雷達是用來對目標進行定位的現(xiàn)代化定位系統(tǒng) 海豚也具有完善的聲吶系統(tǒng) 它能在黑暗中準確而快速地捕捉食物 避開敵害 遠遠優(yōu)于現(xiàn)代化的無線電系統(tǒng) 海豚的定位 雷達的定位分別利用了自身發(fā)射的 A 電磁波次聲波B 紅外線光線C 次聲波紅外線D 超聲波電磁波 解析 選D 海豚能發(fā)射超聲波 它是一種頻率高于2 104Hz的聲波 它的波長非常短 因而能定向發(fā)射 而且在水中傳播時因能量損失小 要比無線電波和廣播傳播得遠 海豚就是靠自身發(fā)出的超聲波的回聲來在混濁的水里準確確定遠處小魚的位置而猛沖過去吞食 雷達是一個電磁波的發(fā)射和接收系統(tǒng) 因而是靠發(fā)射電磁波來定位的 典例 電磁波給人們的生活帶來日新月異變化的同時 也帶來了電磁污染 長期使用如圖所示的通訊裝置 會對人體健康產(chǎn)生影響的是 標準解答 選C 移動電話是通過電磁波來傳遞信息的 長期使用會對人體的健康產(chǎn)生影響 搖柄電話 撥號電話 按鍵電話都是通過導(dǎo)線中的電流進行傳播的 沒有電磁波的污染 故選C 變式備選 關(guān)于電磁波在真空中的傳播速度 下列說法中正確的是 A 頻率越高 傳播速度越大B 波長越大 傳播速度越大C 電磁波的能量越大 傳播的速度越大D 頻率 波長 能量強弱都不影響電磁波的傳播速度 解析 選D 電磁波在真空中的傳播速度為3 0 108m s 與頻率 波長 能量強弱均無關(guān) 故應(yīng)選D 一 選擇題1 古代也采用過 無線 通信的方式 如利用火光傳遞信息的烽火臺 利用聲音傳遞信號的鼓等 關(guān)于聲音與光 下列說法中正確的是 A 聲音和光都是機械波B 聲音和光都是電磁波C 聲音是機械波 光是電磁波D 聲音是電磁波 光是機械波 解析 選C 聲音必須在介質(zhì)中傳播 是機械波 光可以在真空中傳播 是電磁波 2 下面關(guān)于電視的說法中正確的是 A 電視信號的發(fā)射 接收過程 景物 電信號 電磁波 電信號 圖象B 攝像機在一秒鐘內(nèi)要傳遞24張畫面C 顯像管是將電信號還原成景物圖象的關(guān)鍵部分D 由于畫面更換迅速和視覺暫留現(xiàn)象使人們看到的是活動的景象 解析 選A C D 電視信號的發(fā)射和接收過程中 信號在不斷發(fā)生變化 在這個變化中關(guān)鍵是顯像管的作用 視覺暫留使我們看到物體在動 3 利用雷達測云層距我們觀察點的距離時 電磁波從發(fā)射到接收共經(jīng)歷時間10 3s 則該云層離觀測點多遠 A 100kmB 200kmC 150kmD 250km 解析 選C 根據(jù)公式s vt可以得 s 3 0 108 10 3m 1 5 105m 4 在電磁波中 波長按從長到短順序排列的是 A 無線電波 可見光 紅外線B 無線電波 可見光 射線C 紅光 黃光 綠光D 紫外線 X射線 射線 解析 選B C D 電磁波中 波長按從長到短排列的是無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 射線 可見光中 按紅 橙 黃 綠 青 藍 紫的順序波長越來越短 故選項B C D正確 5 在電磁波中 下列說法正確的是 A 各種電磁波有明顯的頻率和波長區(qū)域界限B 射線的頻率一定大于X射線的頻率C X射線的波長有可能等于紫外線波長D 可見光波長一定比無線電波的短 解析 選C D X射線與 射線 X射線與紫外線的界限并不明顯 6 2011 東城區(qū)高二檢測 北京時間2003年10月29日 太陽風(fēng)暴襲擊地球 太陽日冕拋射的大量帶電粒子流擊中地球磁場 產(chǎn)生了強磁暴 當時不少地方出現(xiàn)了絢麗多彩的極光 太陽風(fēng)暴襲擊地球時 不僅會影響通信 威脅衛(wèi)星 而且會破壞臭氧層 臭氧層作為地球的保護傘 是因為臭氧層能吸收太陽輻射中 A 波長較短的可見光B 波長較長的可見光C 波長較短的紫外線D 波長較長的紅外線 解析 選C 臭氧層的主要作用就是吸收由太陽射向地球的紫外線 從而有效地對地球上的動植物起保護作用 故正確選項是C 7 2011 太原高二檢測 某廣播電臺發(fā)射 中波 段某套節(jié)目的訊號 家用微波爐中的微波 VCD機中的激光 可見光 人體透視用的X光 都是電磁波 它們的頻率分別為f1 f2 f3 f4 則 A f1 f2 f3 f4B f1 f2 f3 f4C f1 f2 f3 f4D f1 f2 f3 f4 解析 選B 電磁波范圍很廣 由于波長不同 特性不同 可按波長由長到短依次排列如下 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 射線 由此可知B選項正確 二 非選擇題8 在電視信號發(fā)送和接收的過程中 要用到許多電學(xué)元件 將元件名稱和它們在電路中的作用連接起來 攝像機將聲信號還原后放出話筒向空中發(fā)送電磁波發(fā)送天線接收空中的電磁波顯像管將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枔P聲器將聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柦邮仗炀€將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?解析 9 為了您和他人的安全 請您不要在飛機上使用手機和手提電腦 這句提醒警示語是乘坐過飛機的游客都聽到過的 因為有些空難就是由于某些乘客在飛行的飛機中使用手機造成的 2001 2002年都出現(xiàn)過此類問題 2003年某機場飛機降落時 機上有四位旅客同時使用了手機 使飛機降落偏離了8度 險些造成事故 請問為什么在飛機上不能使用手機和手提電腦呢 包括游戲機 解析 由于手機在使用時要發(fā)射電磁波 對飛機產(chǎn)生電磁干擾 而飛機上的導(dǎo)航系統(tǒng)是非常復(fù)雜的 抗干擾能力不是很強 10 2011 揚州高二檢測 某雷達工作時 發(fā)射電磁波的波長 20cm 每秒脈沖數(shù)n 5000 每個脈沖持續(xù)時間t 0 02 s 問電磁波的振蕩頻率為多少 最大的偵察距離是多少 解析 電磁波在空中的傳播速度可以認為等于真空中的光速c 由波速 波長和頻率三者間的關(guān)系可求得頻率 根據(jù)雷達熒光屏上發(fā)射波形和反射波形間的時間間隔 即可求得偵察距離 為此反射波必須在后一個發(fā)射波發(fā)出前到達雷達接收器 可見 雷達的最大偵察距離應(yīng)等于電磁波在雷達發(fā)射相鄰兩個脈沖間隔時間內(nèi)的傳播距離的一半 由c f可得電磁波的振蕩頻率電磁波在雷達發(fā)射相鄰兩個脈沖間隔時間內(nèi)傳播的距離s c t c t 6 104m 所以雷達的最大偵察距離s 3 104m 方法技巧 雷達測距問題分析方法解答雷達測距問題的關(guān)鍵是理解雷達測距原理 應(yīng)用公式求位移的主要問題是通過題目已知及分析得出發(fā)出脈沖與接收脈沖之間的時間間隔 Thankyou 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全