第四章 第4节 电磁波谱

紫外线

人眼看不到比紫光波长更短的电磁波。在紫光之外，波长范围为 5 ～ 370 nm 的电磁波是紫外线。紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质。因此，可以利用紫外线灭菌消毒（图 4.4-6）。太阳光中有许多紫外线，人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康状况。但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤。

许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，根据这一点可以设计防伪措施。

X 射线和 γ 射线

波长比紫外线更短的电磁波就是 X 射线和 γ 射线了。人们用 X 射线管来产生 X 射线。X 射线对生命物质有较强的作用，过量的 X 射线辐射会引起生物体的病变。X 射线具有很强的穿透本领，可以用来检查人体的内部器官，帮助医生判断人体组织是否发生了病变（图 4.4-7）。在工业上，利用 X 射线检查金属构件内部的缺陷。机场等地进行安全检查时，X 射线能轻而易举地探测到箱内的物品。

波长最短的电磁辐射是 γ 射线，它具有很高的能量。γ 射线能破坏生命物质。把这个特点应用在医学上，可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症。γ 射线的穿透能力很强，也可用于探测金属构件内部的缺陷。

STSE

寻找地外文明

人类探索自然奥秘的活动从来没有停止过。20 世纪，“外星人”成了科幻小说的主题之一。1960 年美国国立射电天文台执行了一项计划：寻找“外星人”。他们使用一台直径 26 m 的射电望远镜，接收 21 cm 波长的无线电信号。宇宙中最多的元素是氢，21 cm 波长是氢原子辐射的波长之一。如果存在着任何智慧生物，他们都会对氢元素作透彻的研究。同年 4 月 8 日，这架射电望远镜开始搜索。遗憾的是，至今没有发现什么有价值的信息。研究人员又在 1972 ～ 1975 年用两台直径更大的射电望远镜和更精密的仪器，在同一波段对 660 颗与太阳类似的恒星进行无线电监听，结果仍然没有新的发现。

我国在贵州建造的世界最大的球面射电望远镜 FAST 正在开展对地外文明的探索。

除了千方百计接收来自太空的“外星人来电”之外，地球上的人也主动向宇宙发射过几次无线电信号。1974 年 11 月 16 日，设在波多黎各的一个天文台用波长 12.6 cm 的调频电磁波第一次向银河系发送了人类对外星人的问候。

时至今日，人们虽然已经发现了太阳系外的行星，但还没有找到地外文明。目前已知的文明星球只有一个 —— 地球。生活在地球上的人们应该更加爱护自己的地球母亲。

练习与应用

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．我们根据什么说电磁波是一种物质？

参考解答：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．波长为 0.6 μm 的红光，从10 m 外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？这个距离是波长的多少倍？

参考解答：3.3×10⁻⁸ s，1.7×10⁷

3．某雷达站正在跟踪一架飞机，此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来。某一时刻雷达发出一个无线电脉冲，经 200 μs 后收到反射波；隔 0.8 s 后再发出一个脉冲，经 198 μs 收到反射波。求飞机的飞行速度。

参考解答：375 m/s

4．除了可见光外，红外线、紫外线、无线电波（中波、短波、微波）、X 射线、γ 射线，都是电磁波大家族的成员。请在这些看不见的电磁波中，每种选一个与你关系最密切的，或者令你印象最深的实例，按照波长由长至短的顺序列举出来。

参考解答：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 γ 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多少？在长长的电磁波谱中，能够引起视觉的只是很窄的一部分。有趣的是，太阳辐射的各种波长的电磁波中，也是这部分最强。你怎样解释这种“巧合”？

参考解答：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。