神奇的电磁波

1、10.1神奇的电磁波神奇的电磁波 电磁波在通信、遥感、空间探测、工农电磁波在通信、遥感、空间探测、工农业生产、国防、科学研究及日常生活中都得业生产、国防、科学研究及日常生活中都得到了广泛的应用。到了广泛的应用。 进入进入2020世纪，无线电通信事业得到了迅世纪，无线电通信事业得到了迅猛发展，相继出现了无线电广播、雷达、无猛发展，相继出现了无线电广播、雷达、无线电传真机、电视、无线电寻呼机（线电传真机、电视、无线电寻呼机（BPBP机）、机）、移动电话（手机）。移动电话（手机）。19571957年，第一颗人造卫年，第一颗人造卫星发身成功，人类开始步入卫星通信时代。星发身成功，人类开始步入卫星通信时

2、代。前言前言 从从赫兹赫兹用实验证实电磁波的存在后，电磁波很快用实验证实电磁波的存在后，电磁波很快就应用在远距离无线电通信上。就应用在远距离无线电通信上。19061906年，年，美国美国做了一做了一次试验性的次试验性的广播广播。以后无线电广播就开始进入千家万。以后无线电广播就开始进入千家万户。户。 1932 1932年，年，英国英国广播公司播出世界上第一个规范的广播公司播出世界上第一个规范的电视节目电视节目，从此，人类开始步入电视时代。，从此，人类开始步入电视时代。 电视系统的原理与广播系统的原理基本相同，它电视系统的原理与广播系统的原理基本相同，它们主要由们主要由发射系统发射系统和和接收系统

3、接收系统组成，电视系统有组成，电视系统有图像图像和和声音声音两部分，而广播系统则只有两部分，而广播系统则只有声音声音部分。部分。你能说出电视系统及接收流程图吗？你能说出电视系统及接收流程图吗？ 广播系统呢？广播系统呢？电视发送与接收简介电视发送与接收简介:(1)摄像管摄像管将光信号将光信号 转化为电信号（摄转化为电信号（摄像机核心器件）像机核心器件） (2)显像管显像管将电信号转将电信号转化为光信号（电视机化为光信号（电视机核心器件）核心器件）(3)电视台的发送与电视机的接收电视台的发送与电视机的接收 (4)为在屏幕上为在屏幕上获得整幅的图像获得整幅的图像,无论摄像管还是无论摄像管还是显象管都

4、要进行显象管都要进行“扫描扫描”.移动通信移动通信 移动通信是指通信双方至少有一方可以自由移移动通信是指通信双方至少有一方可以自由移动进行信息交换的通信方式。动进行信息交换的通信方式。 移动通信以其特有的灵活、便捷的优点符合现代移动通信以其特有的灵活、便捷的优点符合现代社会人们对通信技术的要求，成为社会人们对通信技术的要求，成为2020世纪世纪8080年代中期年代中期以来发展最为迅速的通信方式。以来发展最为迅速的通信方式。你能想象出移动通信的工作模式吗？你能想象出移动通信的工作模式吗？ 移动通信系统是一个移动通信系统是一个有线有线与与无线无线相结合的相结合的综合通信系统。以甲市移动用户综合通信

5、系统。以甲市移动用户A A与乙市移动用与乙市移动用户户B B进行移动通信为例，其信号流程图如图：进行移动通信为例，其信号流程图如图：移动用移动用户户A A邻近基邻近基站站移 动 交移 动 交换中心换中心甲甲 市市话话 局局乙乙 市市话话 局局移动交移动交换中心换中心邻近基邻近基站站移动用移动用户户B B10.雷达雷达:通过物体对无线电波反射来发现目标通过物体对无线电波反射来发现目标,测定目标测定目标不能忘记的日子不能忘记的日子:1895年年,意大利的马可尼利用电磁意大利的马可尼利用电磁波成功地实现了无线电通波成功地实现了无线电通信信,揭开了人类通信史上的揭开了人类通信史上的新篇章新篇章.无线电

6、广播电视雷达雷达例如：水波问题：电磁波和水波类似？一、认识电磁波1、电磁波的发现、电磁波的发现1、电磁波的发现背景、电磁波的发现背景A、麦克斯韦-科学神童B、法拉第对麦克斯韦的激励C、前人的工作成果2、伟大的预言、伟大的预言A、变化的磁场产生电场-电磁感应现象B、假设-变化的电场会产生磁场C C、预言电磁场的存在、预言电磁场的存在-1864年，麦氏发年，麦氏发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。存在的第一人。 麦克斯韦麦克斯韦（James Clerk Maxwell，18311879），英国物理学家，经典电磁理论的奠基人1831年6月1

7、3日出生于爱丁堡1847年入爱丁堡大学听课，专攻数学他很重视实验，涉猎电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等他说：“把数学分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识，比之一个单纯的实验人员或单纯的数学家所具有的知识更加坚实、有益而牢固” 1850年考入剑桥大学，1854年以优异成绩毕业并获得了学位，留校工作1856年起任苏格兰阿伯丁的马里沙耳学院的自然哲学讲座教授，直到1874年经法拉第举荐，自1860年起任伦敦皇家学院的物理学和天文学教授1871年起负责筹划卡文迪什实验室，随后被任命在剑桥大学创办卡文迪什实验室并担任第一任负责人1879年11月5日麦克斯韦因患癌症在剑桥逝世，终年仅48岁 v

8、物理学家麦克斯韦虽没有亲手做多少电磁实验，但他在临死前预言一定会有人通过实验发现电磁波。果然，在他死后的第九个年头，一八八八年，在柏林有一位叫赫兹(1857-1894)的青年实验物理学家完成了这项任务。当时许多人虽叹服麦克斯韦对电磁波的完美描述，可就是找不见它。26岁的赫兹却别有绝招。他将两个金属小球调到一定的位置，中间距一小段空隙，然后给他们通电。这时两个本来不相连的小球间却发出吱吱的响声，并有蓝色的电火花一闪一闪地跳过。不用说小球间产生了电场，那么按照麦克斯韦的方程，电场既激发磁场，磁场再激发电场，连续扩散开去，便有电磁波传递。麦克斯韦的理论彻底得到了证实，从法拉第到麦克斯韦再到赫兹，两位

9、实验物理学家与一位理论物理学家巧妙的配合，终于完成了这个伟大的发现。2 2、电磁波、电磁波产生原因产生原因A、电磁波与机械波的区别B、电磁波的速度-光速！C、光是一种电磁波3、赫兹实验、赫兹实验一天，赫兹在一间暗室里做实验。他在两个相一天，赫兹在一间暗室里做实验。他在两个相隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生一阵阵噼噼啪啪的火花放电。这时，在他身后一阵阵噼噼啪啪的火花放电。这时，在他身后放着一个没有封口的圆环。当赫兹把圆环的开放着一个没有封口的圆环。当赫兹把圆环的开口处调小到一定程度时，便看到有火花越过缝口处调小到一定程度时，便看到有火花越过缝隙。通

10、过这个实验，他得出了电磁能量可以越隙。通过这个实验，他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。赫兹的发现公布之后，过空间进行传播的结论。赫兹的发现公布之后，轰动了全世界的科学界，轰动了全世界的科学界，1887年成为了近代年成为了近代科学技术史的一座里程碑，为了纪念这位杰出科学技术史的一座里程碑，为了纪念这位杰出的科学家，电磁波的单位便命名为的科学家，电磁波的单位便命名为- -赫兹赫兹（Hz）。）。 赫兹实验的意义：赫兹实验的意义：赫兹的发现具有划时代的意义，它不但证明了麦克斯韦理赫兹的发现具有划时代的意义，它不但证明了麦克斯韦理论的正确，更重要的是导致了无线电的诞生，开辟了电子论的正确，更重

11、要的是导致了无线电的诞生，开辟了电子技术的新纪元，标志着从技术的新纪元，标志着从“有线电通信有线电通信”向向“无线电通信无线电通信”的转折点。也是整个移动通信的发源点，应该说，从这时的转折点。也是整个移动通信的发源点，应该说，从这时开始，人类开始进入了无线通信的新领域。开始，人类开始进入了无线通信的新领域。电磁波电磁波成果成果无线电报无线电报(1901)(1901)广播广播(1906)(1906)电话电话(1916)(1916)传真传真(1923)(1923)电视电视(1929)(1929)微波微波(1933)(1933)雷达雷达(1935)(1935)卫星通讯卫星通讯电子计电子计算机因特网等

12、都与电磁波理论相关。算机因特网等都与电磁波理论相关。4、有关、有关趣闻趣闻插曲：比赫兹实验早七年，一位叫戴维的人也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇家协会会长G斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴维过于迷信权威，对于这一天赐良机未与重视，使发现被埋没了。5、 隐身飞机是怎么隐身的？隐身飞机是怎么隐身的？隐身大体可以分为三种：1.视觉隐身（或光学隐身）光线弯曲，透视等。2.红外隐身红外辐射屏蔽。3.电磁隐身（或雷达隐身）外形整体设计，涂敷吸波材料，面阻抗加载等。F22隐身战斗机二、电磁波谱二、电磁波谱v电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺

13、序把它们排列成谱，叫电磁波谱顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱v由无线电波、红外线、可见光、紫外线、由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、伦琴射线、射线合起来构成范围非常广射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱阔的电磁波谱1 1、电磁波频谱的划分、电磁波频谱的划分 频段 波长范围 频率范围极高频(EHF) 0.11 cm 30 300 GHz特高频(SHF) 1 10 cm 3 30 GHz超高频(UHF) 10 100 cm 0.3 3 GHz甚高频(VHF) 1 10 m 30 300 MHz高频(HF) 10 100 m 3 30 MHz中频(MF) 0.1 1 km 0.3 3 MH

14、z低频(LF) 1 10 km 30 300 kHz甚低频(VLF) 10 100 km 3 30 kHz超低频(ULF) 0.1 1 Mm 0.3 3 kHz特低频(SLF) 1 10 Mm 30 300 Hz极低频(ELF) 10 100 Mm 3 30 Hz紫紫 靛靛电磁波谱分布示意图电磁波谱分布示意图2、电磁波谱、电磁波谱电磁波谱电磁波谱3、无线电波、无线电波v无线电波：波长大于无线电波：波长大于1mm（频率小于（频率小于300GHz)的电磁波的电磁波v用途：通信、用途：通信、广播广播和天体物理研究等和天体物理研究等(1)(1)红外线是一种波长比红红外线是一种波长比红 光的波长还长光的

15、波长还长的不可见光。其波长范围很宽，约的不可见光。其波长范围很宽，约750 nm750 nm10106 6 nmnm(2)(2)显著作用：热作用。显著作用：热作用。(3)(3)由英国物理学家赫谢尔于由英国物理学家赫谢尔于18001800年首先年首先发现红外线，一切物体都在不停地辐射红发现红外线，一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度越高，辐射红外线的本领外线，物体温度越高，辐射红外线的本领越强。越强。 4、红外线、红外线(4)(4)用途用途: :红外摄影、红外遥感技术红外摄影、红外遥感技术长三角的长三角的“热岛热岛” 观察物体，照像等等，都是可见观察物体，照像等等，都是可见光的应用。光的应用。

16、 能作用于人的眼睛并引起视觉的能作用于人的眼睛并引起视觉的称为可见光，如：红、橙、黄、绿、称为可见光，如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光。蓝、靛、紫各色光。在电磁波中是一个很窄的波段，在电磁波中是一个很窄的波段，（波长为（波长为750nm370nm）。5、可见光、可见光6、紫外线、紫外线（2 2）由德国物理学家里特于）由德国物理学家里特于18011801年首年首先发现的，一切高温物体发出的先发现的，一切高温物体发出的光中，都有紫外线。光中，都有紫外线。（1 1）紫外线是一种波长比紫光还短的不）紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约可见光；其波长范围约5nm5nm370nm370n

17、m，显著作用：显著作用：A A、荧光，、荧光，B B、化学作、化学作用，用，C C、杀菌消毒、杀菌消毒三、电磁波的应用讨论：讨论：在在“非典非典”非常时期，常常在教室非常时期，常常在教室内开内开“紫外线灯紫外线灯”为什么？为什么？电磁波的应用电磁波的应用v在发现电磁波不到在发现电磁波不到6 6年，利用年，利用电磁波的技术，如雨后春笋般电磁波的技术，如雨后春笋般相继问世。相继问世。v无线电报（无线电报（18941894年）年）v无线电广播（无线电广播（19061906年）年）v无线电导航（无线电导航（19111911年）年）v无线电话（无线电话（19161916年）年）利用紫外利用紫外线的荧光线

18、的荧光作用检验作用检验人民币的人民币的真伪真伪紫外线杀紫外线杀菌灯菌灯防紫外线雨伞防紫外线雨伞伦琴射线（伦琴射线（X射线）是一种波射线）是一种波长比紫外线更短的不可见光。长比紫外线更短的不可见光。有较强的穿透能力。有较强的穿透能力。伦琴射线和伦琴射线和射线射线比伦琴射线还短的那就是比伦琴射线还短的那就是射射线。线。 X射线的应用？射线的应用？讨论：讨论： X射线照射下的鱼射线照射下的鱼X射射线线照照射射下下的的手手电磁波的能量电磁波的能量v电磁波具有能量，电磁波是一种物质电磁波具有能量，电磁波是一种物质八、太阳辐射八、太阳辐射能量的相对大小能量的相对大小波长波长/nm400800120016002000紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线黄绿光黄绿光八、太阳辐射八、太阳辐射v阳光含有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线v太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外线三个区域v阳光中波长在5.5x10-7m的黄绿光附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感v短波通信（短波通信（19211921年）年）v无线电传