第二節讓信息“飛”起來

教學目標

知識目標1.知道波長、頻率和波速的關系,可以進行簡單的計算。2.知道光是電磁波,記住電磁波在真空中的傳播速度。3.了解波在信息傳播中的作用。能力目標培養學生收集信息、處理信息的能力。素養目標培養學生嚴謹認真的科學態度和鍥而不舍的科學精神,培養他們團結協作、相互學習的良好品質。

教學重難點

教學重點1.知道波長、頻率和波速的關系;了解波在信息傳播中的作用。2.知道光是電磁波;知道電磁波在真空中的傳播速度。教學難點理解并掌握波長、頻率和波速的關系。

教學過程

一、新課導入我們每天聽收音機或看電視,也沒有電線直接通向電臺或電視臺。可見,這些都不是用電線來傳播電信號的,我們稱作“無線電通信”。那么,無線電通信是怎樣傳輸信號的呢?信息是怎樣“飛”起來的呢?二、教學步驟探究點1電磁波[閱讀課本]P181“電磁波”[思考]你知道在我們的生產生活中哪些是電磁波嗎?[提示]γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波等。[思考]閱讀P181“圖19-10電磁波譜及電磁波的主要用途”,你知道電磁波有哪些應用嗎?[提示]用于通信的無線電波只是電磁波的一種。除此之外,還有γ射線做手術、X射線拍片、紫外線消毒、紅外線遙控器等。[歸納提升]我們能收看電視、收聽廣播以及接收手機信號等,是因為我們生活在電磁波的海洋里,電磁波將我們聯結在一起。[習題]下列過程中不能產生電磁波的是 ()A.打開或者關閉電燈時B.電爐子在關閉狀態時C.電冰箱的電路接通或斷開時D.電飯鍋從加熱狀態自動跳到保溫狀態時[分析]打開或者關閉電燈時,電冰箱的電路接通或斷開時,電飯鍋從加熱狀態自動跳到保溫狀態時都有變化的電流,都有電磁波的產生;而電爐子在關閉狀態時,電路處于斷路狀態,沒有電流的變化,因此沒有電磁波的產生。[答案]B[習題]閱讀以下材料,回答相關問題。1946年,美國雷聲公司的研究員斯潘瑟在一個偶然的機會,發現微波熔化了糖果。1947年,第一臺微波爐問世。微波爐的主要部件是磁控管,當磁控管以2450MHz的頻率發射出微波時,放在微波爐內食物中的水分子隨之發生高頻振蕩。微波是一種電磁波。微波碰到金屬會發生反射,金屬根本沒有辦法吸收或傳導它;微波可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料,但不會消耗能量;而對于含有水分的食物,微波不但不能透過,其能量反而會被吸收,微波能進入食物達5cm深,并使食物中的水分子也隨之運動,水分子間相互碰撞、摩擦而生熱,因此食物被加熱。微波爐正是利用這一原理對食物進行加熱的。在利用微波爐給食物加熱的過程中,水分子有著不可替代的作用。一般食物是由大分子構成的,微波對大分子運動的影響不明顯,而水分子的質量相對較小,且構成比較特殊:兩個氫原子處于氧原子的同一側,使得水分子的電極性在整體上看來具有不對稱性。在變化的電磁場中,水分子的電極方向會隨著電磁場的變化不斷變化,進而引發水分子的運動。不同水分子間的相互碰撞會釋放出熱量,達到對食物加熱的效果。用普通爐灶蒸煮食物時,熱量總是從食物外部逐漸進入食物內部。而用微波爐烹飪食物時,熱量直接深入食物內部,所以用微波爐烹飪食物的速度比普通爐灶快4至10倍,熱效率高達80%以上。目前,其他各種爐灶的熱效率無法與它相比。(1)跟可見光相似,微波也是一種。

(2)微波爐的金屬外殼(選填“能”或“不能”)防止爐腔內的微波外泄。

(3)使水分子劇烈振動的能量來自微波,使食物升溫的能量來自。

(4)用微波爐烹飪食物速度快、效率高的原因是。

[分析](1)微波爐使用的微波是一種電磁波。(2)微波爐的金屬外殼對電磁波有屏蔽作用,能有效地防止電磁波泄漏影響人的身體健康。(3)使水分子劇烈振動的能量來自微波,使食物升溫的能量來自水分子。(4)用微波爐烹飪食物速度快、效率高的原因是熱量直接深入食物內部。[答案](1)電磁波(2)能(3)水分子(4)熱量直接深入食物內部探究點2波的特征[閱讀課本]P182“波的特征”[思考]物理學中,常用哪幾個物理量來描述波的特征?[提示]所有的波都具有波速、波長和頻率,電磁波也一樣。[思考]波速是描述波的什么特征呢?[提示]波速是用來表示波的傳播快慢的物理量,不同的波一般有著不同的波速。電磁波在真空中的傳播速度是c=3×108m/s。[思考]電磁波的波速總是3×108m/s嗎?[提示]在同種介質中,電磁波的波速是一定的,不同介質中傳播速度會改變。電磁波在空氣中的傳播速度接近在真空中的傳播速度,即3×108m/s。[思考]什么是波峰和波谷,與波長有什么聯系?[提示]波峰是指波在一個波長的范圍內波幅的最大值,與之相對的最小值則被稱為波谷。如圖所示,突起的最高點就是波峰,陷下的最低點就是波谷。相鄰兩個波峰或波谷間的距離叫做波長,單位:m。[思考]不同的波每秒向外傳播的波長數一般不同,物理學中用什么物理量來描述這一特征的呢?[提示]波的變化有周期性,物理學中用頻率描述波的這一特征。[歸納提升]頻率為波周期性變化的次數與時間之比。單位:Hz、kHz、MHz。換算關系:1kHz=103Hz,1MHz=103kHz=106Hz[思考]波速、波長與頻率三者間有聯系嗎?[提示]波速相當于人行走的速度,波長相當于人一步的距離,頻率相當于人每秒鐘邁出多少步。[小結論]用c表示波速,用λ表示波長,用ν表示頻率,則三者間的關系式為:c=λν[歸納提升]在真空中電磁波的波速一定,所以電磁波的頻率與波長成反比關系。波長越長,頻率越低;反之,波長越短,頻率越高。[思考]電磁波對人體有沒有危害呢?[提示]電磁波會導致繼大氣污染、水質污染和噪聲污染之后的第四大污染——電磁污染。[習題]電磁波是一個大家族,如圖是它們的家族譜。對電磁波的認識,下列說法正確的是 ()A.紅外線比藍光波長長B.在真空中,γ射線傳播速度最快C.驗鈔機利用紅外線來工作D.無線電波與X射線的傳播一定需要介質[分析]由題圖可知,紅外線的頻率低于藍光的頻率,根據c=λν可知,在速度相同的情況下,頻率越小,波長越長,則紅外線的波長大于藍光的波長;真空中各種電磁波的傳播速度相同;驗鈔機利用了紫外線來工作;無線電波與X射線都屬于電磁波,傳播不需要介質。[答案]A[習題]某手機網絡頻率范圍是1920~1935MHz,下列說法正確的是 ()A.1920MHz的電磁波波長比1935MHz的短B.1920MHz的電磁波不能在沒有空氣的月球上傳播C.1920MHz的電磁波在真空中傳播的速度比1935MHz的慢D.1920MHz和1935MHz的電磁波在真空中傳播的速度相同[分析]電磁波頻率越高,波長越短,頻率越低,波長越長,1920MHz的電磁波波長比1935MHz的長;1920MHz的電磁波能在沒有空氣的月球上傳播;1920MHz的電磁波在真空中傳播的速度與1935MHz的傳播速度相同。[答案]D[習題]研究表明,當空氣中顆粒的直徑越接近可見光的波長(波在一個周期內傳播的距離叫做波長),顆粒對光的“消光”能力就越強。空氣中PM2.5顆粒是灰霾天能見度降低的主要原因。若可見光的頻率約為7.5×1014Hz,則可以推算出PM2.5中對能見度造成較大影響的顆粒直徑與下列哪一個值最接近 ()A.2.5μm B.4μm C.0.4μm D.6μm[分析]由c=λν可得,空氣中PM2.5顆粒的直徑d=λ=cν=3×108m/s7.[答案]C[習題]我們常聽說某電視臺利用某頻道進行廣播,這里所說的頻道是什么意思呢?原來不同的電視臺使用不同的射頻范圍進行廣播,以免互相干擾;這一個個不同的射率范圍就叫做頻道。下表是我國電視頻道的劃分情況:我國電視頻道的劃分頻道號12…6…68射率范圍/MHz48.5~56.556.5~64.5…167~175…950~958請你根據上述材料,解答下面的問題:(1)某電視臺轉播的體育電視節目頻道號是3,那么它的射頻范圍是(填字母)。

A.56.5~64.5MHzB.167~175MHzC.64.5~72.5MHzD.72.5~80.5MHz(2)第13頻道至68頻道屬于微波中的“分米波”,試著計算出第68頻道的波長范圍,分析這個稱呼的原因是。

[分析](1)從表格信息可以看出,頻道號是連續的,頻率也是連續的,且每一頻道號的頻率范圍之差相同都是8MHz;因此頻道號是3時,射頻的最小值與頻道號是2時的最大頻率相同是64.5MHz,其射頻的最大值是64.5MHz+8MHz=72.5MHz。(2)頻率范圍是950~958MHz,根據c=λν可得,λ1=cν1=3×108m/s950×106Hz≈0.[答案](