人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE14.4電磁波譜一、教材分析人教版選擇性必修第二冊第四章第四節電磁波譜，本節內容是在學習了電磁波的產生，發射及接收原理的基礎上，通過學習電磁波譜，知道電磁波譜是按照電磁波頻率的高低進行排列的，通過學習本節內容，知道電磁波隨著頻率的升高其能量及波長的變化規律，同時也要清楚紅外線及紫外線的特點及其在現實生活中的應用。二、教學目標與核心素養物理觀念：了解什么是電磁波譜，知道各種可見光和不可見光與無線電波一樣，也是電磁波。了解不同波長(或頻率)范圍的電磁波的特性以及應用。科學思維：了解電磁波譜中各波段的主要特性和在科技、經濟、社會發展中的應用。科學探究：體會電磁波的應用對現代社會的影響,明確不同的電磁波具有的不同用途和危害。引發學生對波動現象的好奇心。科學態度與責任：引導和培養學生仔細觀察實驗現象并嘗試歸納現象的學習習慣，激發學生勇于探索的積極性。了解尋找地外文明的主要歷史和當前的進展，激發學生探索地外未知生命的熱情，增加求知欲。三、教學重難點教學重點：電磁波的組成，分波段解釋無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點與應用教學難點：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點與應用四、教學過程〖引入新課〗說到“譜”，同學們想到了什么呢？對，菜譜，家譜，人物關系譜，等等。像這樣依照事物的類別、系統，制成的表冊就稱為譜。建立譜，方便我們歸類、查找、總結各事物之間的關系。建立譜系，在科學上，也有著廣泛的應用，比方說，化學里的元素周期表，能夠準確地反映、預測各種元素的特性及其之間的關系，是分析物質化學行為非常重要的框架。那么，能不能給電磁波也建一個譜呢？電磁波譜：按電磁波的波長或頻率高低的順序把它們排列成譜，叫電磁波譜。由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線合起來構成范圍非常廣闊的電磁波譜。〖新課探究〗探究點一、無線電波無線電波的概念：技術上把波長大于1mm（頻率低于300GHz）的電磁波稱作無線電波。應用：無線電技術（長、中短波用于發送廣播信號。）（微波用于發送電視信號和微波爐。）無線電波的波段分布及其主要用途（根據：波長/頻率）做一做：移動電話經常使用Wi-Fi聯網，也會用藍牙傳輸數據。但是，由于Wi-Fi和藍牙使用了相同頻段的無線電波，兩者可能互相干擾。請你利用移動電話中的應用程序檢查一下，在連接藍牙音響后，移動電話的上網速度會不會受到影響。再查一查Wi-Fi和藍牙所使用的電磁波的頻率是多少。探究點二、紅外線紅外線：波長約為760nm～1mm，所有物體都發射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強。發現：由英國人赫歇爾于1800年首先發現。特性：熱效應。用途：紅外攝影、紅外線遙感技術。利用紅外探測器能在較冷的背景上探測出較熱物體的紅外輻射，這是夜視儀器和紅外攝影的基礎（圖）用靈敏的紅外探測器接收遠處物體發出的紅外線，然后用電子電路對信號進行處理，可以得知被測對象的形狀及溫度、濕度等參數。這就是紅外遙感技術。利用紅外遙感技術可以在飛機或人造地球衛星上勘測地熱、尋找水源、監視森林火情、預報風暴和寒潮。紅外遙感技術在軍事上的應用也十分重要。人體也在發射紅外線，體溫越高，發射的紅外線越強。根據這個原理制成的紅外體溫計不與身體接觸也可以測量體溫。播放視頻：紅外線的應用——夜視儀做一做：紅外線感官發達的動物，蛇的顏面兩側，有對紅外線敏感的特殊感受器。在黑夜里，探測由對方發出的紅外線，起著猶如雙眼視覺的作用。探究點三、可見光可見光：能使人的眼睛產生視覺效應的電磁波稱為可見光。波長范圍：400nm～760nm。特性：能作用于眼睛并引起視。應用：照明、攝影等。各色光在真空中的波長和頻率探究點四、紫外線在紫光之外，波長范圍為5?370nm的電磁波是紫外線，特性：熒光效應、化學作用、殺菌消毒。發現：由德國物理學家里特于1801年首先發現的。應用：感光技術、醫用消毒等。想一想:人為什么不能長時間在太陽下暴曬？紫外線的作用較強，人體適量接受太陽光里的紫外線照射，能促進鈣質吸收。但過多地吸收紫外線，會對皮膚和眼睛造成傷害。探究點五、X射線和γ射線X射線波長范圍在0.001nm到10nm之間，γ射線波長小于0.001nm。特性：具有很高的能量，更強的穿透能力。應用：醫學治療γ刀，金屬探傷，γ射線對人體正常細胞有很強的破壞作用，因此有γ射線可能出現的地方，必須提出警告，嚴加防護。探究點六、尋找地外文明人類探索自然奧秘的活動從來沒有停止過。20世紀，“外星人”成了科幻小說的主題之一。1960年美國國立射電天文臺執行了一項計劃：尋找“外星人”。他們使用一臺直徑26m的射電望遠鏡，接收21cm波長的無線電信號。宇宙中最多的元素是氫，21cm波長是氫原子輻射的波長之一。如果存在著任何智慧生物，他們都會對氫元素作透徹的研究。同年4月8日，這架射電望遠鏡開始搜索。遺憾的是，至今沒有發現什么有價值的信息。研究人員又在1972、1975年用兩臺直徑更大的射電望遠鏡和更精密的儀器，在同一波段對660顆與太陽類似的恒星進行無線電監聽，結果仍然沒有新的發現。我國在貴州建造的世界最大的球面射電望遠鏡FAST正在開展對地外文明的探索。除了千方百計接收來自太空的“外星人來電”之外，地球上的人也主動向宇宙發射過幾次無線電信號。1974年11月16日，設在波多黎各的一個天文臺用波長12.6cm的調頻電磁波第一次向銀河系發送了人類對外星人的問候。時至今日，人們雖然已經發現了太陽系外的行星，但還沒有找到地外文明。目前已知的文明星球只有一個——地球。生活在地球上的人們應該更加愛護自己的地球母親。播放視頻：探索地外文明想一想：太空中的太陽動力學觀測臺（SDO）可以拍攝到紫外線波段的太陽圖像。通過圖像可以觀察到被可見光模糊或者遮擋的日冕等太陽活動。對比波長為211nm的紫外線和可見光的圖像可以看出，它與我們常見的太陽大不相同。除了可見光和紫外線，你還知道太陽能發出哪些波段的電磁波嗎？〖課堂練習〗例1.(多選)關于電磁波譜，下列說法正確的是()A．波長不同的電磁波在本質上完全相同B．電磁波的波長若差異太大則會出現本質不同的現象C．電磁波譜的頻帶很寬D．電磁波的波長很短，所以電磁波的頻帶很窄〖答案〗AC〖解析〗電磁波譜中的電磁波在本質上是完全相同的，只是波長或頻率不同而已．其中波長最長的波跟波長最短的波之間的頻率相差1020倍，因此電磁波譜的頻帶很寬．例2.雷達向遠處發射無線電波，每次發射的時間是1μs，兩次發射的時間間隔為100μs，在指示器的熒光屏上呈現出的尖形波如圖所示，已知圖中ab＝bc，障礙物與雷達之間的距離是多大？〖答案〗7.5×103m〖解析〗題圖中a和c處的尖形波是雷達向目標發射無線電波時出現的，b處的尖形波是雷達收到障礙物反射回來的無線電波時出現的，由ab＝bc可知，無線電波由發射到返回所用時間為50μs.設障礙物與雷達之間的距離為x，由題意可知無線電波來回時間為t＝50μs，由2x＝ct，得x＝eq\f(ct,2)＝eq\f(3.0×108×50×10－6,2)m＝7.5×103m.例3.下面列出一些醫療器械的名稱和這些器械運用的物理現象，請將相應的字母填寫在運用這種現象的醫療器械后面的空格上．(1)X光機，________.(2)紫外線燈，________.(3)理療醫用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好．這里的“神燈”是利用________．A．光的全反射B．紫外線具有很強的熒光作用C．紫外線具有殺菌消毒作用D．X射線有很強的貫穿力E．紅外線具有顯著的熱效應F．紅外線波長較長，易發生衍射〖答案〗(1)D(2)C(3)E〖解析〗(1)X光機是用來透視人體內部器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，因此采用了X射線，故選擇D.(2)紫外線燈主要是用來殺菌消毒的，因此它應用的是紫外線的殺菌消毒作用而非熒光作用，故選擇C.(3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環，它利用的是紅外線的熱效應，使人體局部受熱，血液循環加快，故選擇E.〖教學反思〗回顧本堂課教學設計，以生活中的譜引入新課，激發學生的求知欲望，以培養學生的物理觀念。教學過程中，主要采用了猜想求證的科學方法來攻克教學重難點，并將抽象的知識點具體化，培了學生科學思維、科學探究的核心素養。最后將知識與生活實際有機結合在一起，拓寬學生視野，從生活走進物理，再從物理走向生活，培養學生科學態度與責任。4.4電磁波譜一、教材分析人教版選擇性必修第二冊第四章第四節電磁波譜，本節內容是在學習了電磁波的產生，發射及接收原理的基礎上，通過學習電磁波譜，知道電磁波譜是按照電磁波頻率的高低進行排列的，通過學習本節內容，知道電磁波隨著頻率的升高其能量及波長的變化規律，同時也要清楚紅外線及紫外線的特點及其在現實生活中的應用。二、教學目標與核心素養物理觀念：了解什么是電磁波譜，知道各種可見光和不可見光與無線電波一樣，也是電磁波。了解不同波長(或頻率)范圍的電磁波的特性以及應用。科學思維：了解電磁波譜中各波段的主要特性和在科技、經濟、社會發展中的應用。科學探究：體會電磁波的應用對現代社會的影響,明確不同的電磁波具有的不同用途和危害。引發學生對波動現象的好奇心。科學態度與責任：引導和培養學生仔細觀察實驗現象并嘗試歸納現象的學習習慣，激發學生勇于探索的積極性。了解尋找地外文明的主要歷史和當前的進展，激發學生探索地外未知生命的熱情，增加求知欲。三、教學重難點教學重點：電磁波的組成，分波段解釋無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點與應用教學難點：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的特點與應用四、教學過程〖引入新課〗說到“譜”，同學們想到了什么呢？對，菜譜，家譜，人物關系譜，等等。像這樣依照事物的類別、系統，制成的表冊就稱為譜。建立譜，方便我們歸類、查找、總結各事物之間的關系。建立譜系，在科學上，也有著廣泛的應用，比方說，化學里的元素周期表，能夠準確地反映、預測各種元素的特性及其之間的關系，是分析物質化學行為非常重要的框架。那么，能不能給電磁波也建一個譜呢？電磁波譜：按電磁波的波長或頻率高低的順序把它們排列成譜，叫電磁波譜。由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線合起來構成范圍非常廣闊的電磁波譜。〖新課探究〗探究點一、無線電波無線電波的概念：技術上把波長大于1mm（頻率低于300GHz）的電磁波稱作無線電波。應用：無線電技術（長、中短波用于發送廣播信號。）（微波用于發送電視信號和微波爐。）無線電波的波段分布及其主要用途（根據：波長/頻率）做一做：移動電話經常使用Wi-Fi聯網，也會用藍牙傳輸數據。但是，由于Wi-Fi和藍牙使用了相同頻段的無線電波，兩者可能互相干擾。請你利用移動電話中的應用程序檢查一下，在連接藍牙音響后，移動電話的上網速度會不會受到影響。再查一查Wi-Fi和藍牙所使用的電磁波的頻率是多少。探究點二、紅外線紅外線：波長約為760nm～1mm，所有物體都發射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強。發現：由英國人赫歇爾于1800年首先發現。特性：熱效應。用途：紅外攝影、紅外線遙感技術。利用紅外探測器能在較冷的背景上探測出較熱物體的紅外輻射，這是夜視儀器和紅外攝影的基礎（圖）用靈敏的紅外探測器接收遠處物體發出的紅外線，然后用電子電路對信號進行處理，可以得知被測對象的形狀及溫度、濕度等參數。這就是紅外遙感技術。利用紅外遙感技術可以在飛機或人造地球衛星上勘測地熱、尋找水源、監視森林火情、預報風暴和寒潮。紅外遙感技術在軍事上的應用也十分重要。人體也在發射紅外線，體溫越高，發射的紅外線越強。根據這個原理制成的紅外體溫計不與身體接觸也可以測量體溫。播放視頻：紅外線的應用——夜視儀做一做：紅外線感官發達的動物，蛇的顏面兩側，有對紅外線敏感的特殊感受器。在黑夜里，探測由對方發出的紅外線，起著猶如雙眼視覺的作用。探究點三、可見光可見光：能使人的眼睛產生視覺效應的電磁波稱為可見光。波長范圍：400nm～760nm。特性：能作用于眼睛并引起視。應用：照明、攝影等。各色光在真空中的波長和頻率探究點四、紫外線在紫光之外，波長范圍為5?370nm的電磁波是紫外線，特性：熒光效應、化學作用、殺菌消毒。發現：由德國物理學家里特于1801年首先發現的。應用：感光技術、醫用消毒等。想一想:人為什么不能長時間在太陽下暴曬？紫外線的作用較強，人體適量接受太陽光里的紫外線照射，能促進鈣質吸收。但過多地吸收紫外線，會對皮膚和眼睛造成傷害。探究點五、X射線和γ射線X射線波長范圍在0.001nm到10nm之間，γ射線波長小于0.001nm。特性：具有很高的能量，更強的穿透能力。應用：醫學治療γ刀，金屬探傷，γ射線對人體正常細胞有很強的破壞作用，因此有γ射線可能出現的地方，必須提出警告，嚴加防護。探究點六、尋找地外文明人類探索自然奧秘的活動從來沒有停止過。20世紀，“外星人”成了科幻小說的主題之一。1960年美國國立射電天文臺執行了一項計劃：尋找“外星人”。他們使用一臺直徑26m的射電望遠鏡，接收21cm波長的無線電信號。宇宙中最多的元素是氫，21cm波長是氫原子輻射的波長之一。如果存在著任何智慧生物，他們都會對氫元素作透徹的研究。同年4月8日，這架射電望遠鏡開始搜索。遺憾的是，至今沒有發現什么有價值的信息。研究人員又在1972、1975年用兩臺直徑更大的射電望遠鏡和更精密的儀器，在同一波段對660顆與太陽類似的恒星進行無線電監聽，結果仍然沒有新的發現。我國在貴州建造的世界最大的球面射電望遠鏡FAST正在開展對地外文明的探索。除了千方百計接收來自太空的“外星人來電”之外，地球上的人也主動向宇宙發射過幾次無線電信號。1974年11月16日，設在波多黎各的一個天文臺用波長12.6cm的調頻電磁波第一次向銀河系發送了人類對外星人的問候。時至今日，人們雖然已經發現了太陽系外的行星，但還沒有找到地外文明。目前已知的文明星球只有一個——地球。生活在地球上的人們應該更加愛護自己的地球母親。播放視頻：探索地外文明想一想：太空中的太陽動力學觀測臺（SDO）可以拍攝到紫外線波段的太陽圖像。通過圖像可以觀察到被可見光模糊或者遮擋的日冕等太陽活動。對比波長為211nm的紫外線和可見光的圖像可以看出，它與我們常見的太陽大不相同。除了可見光和紫外線，你還知道太陽能發出哪些波段的電磁波嗎？〖課堂練習〗例1.(多選)關于電磁波譜，下列說法正確的是()A．波長不同的電磁波在本質上完全相同B．電磁波的波長若差異太大則會出現本質不同的現象C．電磁波譜的頻帶很寬D．電磁波的波長很短，所以電磁波的頻帶很窄〖答案〗AC〖解析〗電磁波譜中的電磁波在本質上是完全相同的，只是波長或頻率不同而已．其中波長最長的波跟波長最短的波之間的頻率相差1020倍，因此電磁波譜的頻帶很寬．例2.雷達向遠處發射無線電波，每次發射的時間是1μs，兩次發射的時間間隔為100μs，在指示器的熒光屏上呈現出的尖形波如圖所示，已知圖中ab＝bc，障礙物與雷達之間的距離是多大？〖答案〗7.5×103m〖解析〗題圖中a和c處的尖形波是雷達向目標發射無線電波時出現的，b處的尖形波是雷達