第 4 节  电磁波谱  教学建议

1．教学目标

（1）认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。

（2）能解释电磁波在生产生活中的应用，体会电磁波的应用对社会发展的促进作用。

2．教材分析与教学建议

本节要使学生理解不同频率范围的电磁波服从电磁波的共同规律，但因为频率的不同又各自具有某些特性。教材对电磁波谱的各个组成部分及其应用都进行了具体的介绍，特别是通过生产生活中的实例体现了物理学与实际生活的紧密联系。

在本节的教学中要注意激发学生的学习热情，培养学生根据问题需要，收集和选择有用信息的能力。为学生参与、展示和交流创造机会，发展学生的表达能力，体验和享受合作的成果。让学生深入体会物理学与生产生活的紧密联系以及对社会发展的促进作用。

（1）问题引入

为了能更好地激发学生的学习兴趣，教材从学生没有接触过的紫外线波段拍摄的太阳图像引入。需要注意的是，由于人眼并不能直接看到紫外线，因而教材图中的太阳颜色是卫星拍摄后再设置的。

另外，也可以采用以下这种承上启下的方式引入：通过必修第三册的学习，学生已经知道了电磁波包含无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线。在上一节的学习中学生了解到了无线电波的实际应用，那么无线电波还有哪些实际应用？电磁波的其他成员又分别有哪些实际应用？

（2）无线电波

教材首先给出无线电波的波长范围，即波长大于 1 mm（频率低于 300 GHz）的电磁波是无线电波。教师可以引导学生阅读无线电波的波段划分，指出无线电波包括长波、中波、短波、微波，然后介绍各波段的无线电波的实际应用。还需注意的是，在教材介绍各波段无线电波的主要用途时，与时俱进地删除了电报，而增加了雷达和射电望远镜等应用。

另外，建议教师在课前分组给学生安排以下任务：一组通过查阅资料，了解微波炉的加热原理，总结使用微波炉的注意事项；另一组完成教材的“做一做”栏目，通过查阅资料，了解移动通信技术的发展情况，了解蓝牙、Wi-Fi 等无线通信设备的原理、使用的电磁波频段和常用频率。

（3）红外线

教材中对于红外线的波长范围没有具体给出，也不要求学生记忆，但是，教学中应该明确地告诉学生，红外线的波长比无线电波短，比可见光长。

教师可以比较详细地讲解红外线的用途，因为学生经常能够见到或者听到这类信息，特别是红外线测温仪、红外线夜视仪、红外摄影、红外遥感技术等。教师可以参考以下教学片段对教材进行适当补充。

 

教学片段

红外线的应用

教师可以结合实际教学情况，对红外线的应用做以下补充。

1．所有物体都在辐射红外线，温度越高，红外线辐射越强烈。人体也是红外线辐射源。因此，即使在黑夜中，人也能够被红外线探测装置发现。

2．红外线在医疗上应用十分广泛。利用红外线的热效应，可以使组织温度升高，毛细血管扩张，血流加快，物质代谢增强，组织细胞活力及再生能力提高，从而改善血液循环，增加细胞的吞噬功能，消除肿张，促进炎症消散。因此，可以用于治疗扭挫伤，促进组织肿胀和血肿消散。

3．红外线加热具有热效率高、功率密度大、升温快、省电等特点，是目前快速发展的一项节能加热技术，已经广泛应用于汽车制造、塑料制品、印刷、纺织、食物加工等行业。

4．在一些控制导弹飞行的系统中，由于敌机喷气发动机会发出红外线，也常常利用红外线进行制导，实现准确的目标跟踪定位，进行精确打击。

另外，教师还可以在课前将教材的“做一做”栏目安排给学生完成，查一查哪些动物具有红外感受器官，可以在夜间“看到”物体。在课堂上让学生进行展示、交流。

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对这部分内容进行适当的补充，可以开阔学生的眼界，拓展学生的知识面。

（4）可见光

可见光是我们每天接触最多的电磁波，我们的眼睛能够感觉它的存在，其波长范围为 400 ~ 760 nm。人类正是通过这一波段的电磁波，获得了外部世界的大量信息。在此，可以让学生感受自然万物的美妙与和谐。

教材给出了各色光在真空中的波长和频率，这些内容了解即可，但是要强调从红光到紫光波长逐渐变短，频率逐渐升高。教材还展示了彩虹的照片，在此可以向学生介绍彩虹的成因，即大气中的水滴把阳光分解为色光。另外，还可以给学生解释傍晚的太阳颜色比正午红，是因为傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时，蓝光、紫光的波长相对较短，大部分被散射掉了，剩下更多的红光、橙光透过大气射入我们的眼睛，所以傍晚的太阳颇色看起来要红一些。

（5）紫外线

波长范围在 5 ~ 370 nm 的电磁波是紫外线。教材对紫外线的能量较高做了说明，强调了电磁波的频率与能量之间的关系，为后续介绍紫外线的应用做了铺垫。

教材对于紫外线对生物细胞的影响以及许多物质在紫外线照射下会发出荧光的现象做了简单的介绍，目的是加深对紫外线的认识，开阔学生眼界。还可以介绍一些紫外线的其他应用，例如紫外照相可以清晰地分辨出留在纸上的指纹，用黑光灯诱杀害虫，使用消毒灯消毒，利用紫外线治疗皮肤病和硬骨病等。

（6）X 射线和 γ 射线

教材中用“波长比紫外线更短的电磁波就是 X 射线和 γ 射线了”“波长最短的电磁辐射是 γ 射线”来引入 X 射线和 γ 射线。根据 E = hν 可知，射线的频率越高（波长越短），能量就越大。对人体进行医疗检查常用的“CT”以及“胸透”，都不允许用极高能量的射线，以免对人体造成危害，但是同时又要求能够深入人体内部进行探测。X 射线恰恰具备这个优点．所以主要用于工业上金属探伤和医疗上透视人体等方面。γ 射线和 X 射线相比，因为 γ 射线的波长更短，所以能量更大。由于了射线具有很高的能量，因此被人们用于治疗某些癌症以及金属缺陷探测等领域。

（7）STSE 寻找地外文明

教材的这都分内容介绍了人类在探索地外文明的道路上所做的主要工作，还特别介绍了我国建造的目前世界最大的球面射电望远镜正在开展对地外文明的探索。这部分教学内容可以根据实际情况，采用灵活多样的方式进行。例如，可以让学生自己阅读教材，也可以在教师引导下，由学生查阅相关资料后进行交流研讨，或者就某一主题写一份调查报告等。但是，无论采用什么样的学习方式，都要注意激发学生热爱科学、探索科学、学习科学的热情，体会物理学对社会发展的促进作用。

另外，在章末安排的这一内容与章首的“旅行者 1 号”拍摄地球照片的故事形成呼应，一同展现了科学、技术与社会、环境之间的联系，强调了人类、社会与自然和谐发展的重要性。

3．“练习与应用”参考答案与提示

本节共设置 5 道习题。第 1 题要求说明电磁波是一种物质的依据。第 2 题求红光传播的时间和传播距离与波长的关系。第 3 题基于雷达测速计算被跟踪飞机的飞行速度。第 4 题联系生活实例对电磁波按波长排序。第 5 题让学生猜想太阳辐射中可见光最强的原因，激发学生的学习兴趣。

 

1．从电磁波可以脱离电荷独自存在、不需借助媒质传播、具有能量三个方面可以看到，电磁波和实物粒子一样是一种物质，这是人们对于物质认识的一个重大发现。

 

2．3.3×10⁻⁸ s，1.7×10⁷

提示：光传到眼睛需要的时间 t = \(\frac{s}{c}\) = \(\frac{{10}}{{3 \times {{10}^8}}}\) = 3.3×10⁻⁸ s。这个距离是波长的 n 倍，则 n = \(\frac{s}{\lambda }\) = \(\frac{{10}}{{6 \times {{10}^{ - 7}}}}\) = 1.7×10⁷。

 

3．375 m/s

提示：由于 c ≫ v，故可以不考虑电磁波传播过程中飞机的位移。设雷达两次发射电磁波时飞机分别位于距离雷达 s₁、s₂ 处，则 2s₁ = ct₁，2s₂ = ct₂。所以 Δs = s₁ – s₂ = \(\frac{1}{2}\)c（t₁ – t₂）= \(\frac{1}{2}\)×3.0×10⁸×2×10⁻⁶ m = 300 m。则 v =\(\frac{{\Delta s}}{{\Delta t}}\)  = \(\frac{300}{0.8}\) m/s = 375 m/s。

 

4．本题是开放性问题，可组织学生查阅资料，完成报告。如：收音机或者手机接收无线电波，空调、电视机遥控器发射红外线，学校食堂用紫外线灯杀菌消毒，地铁站利用 X 射线进行安检，医院用了射线杀死肿瘤细胞等。

 

5．能够引起人的视觉的电磁波波长范围是 400 ~ 760 nm。后面的问题是一个开放性问题，可以激发学生的好奇心，没有确定的答案。