电磁波及其应用-课件完整版

第四章电磁波及其应用

通过本章的学习，要了解有关电磁波的产生、发展、接收及相关应用，本章通过“电磁波的发现”定性地介绍了麦克斯韦的电磁场理论，并展现了存在电波的“伟大预言”的科学思辨过程；通过“赫兹的电火花”给出了对电磁波预言的验证方法及其工作意义.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，但因为频率不同又各自具有某些特性和用途，知道电磁波具有能量，是一种物质.在电磁波发射和接收技术中，了解一些技术名词，如：“调制”、“调幅”、“调谐”、“调频”、“解调”等.知道电视、移动通信、互联网、传感器等实际应用和简单原理.感受信息时代来临对人类生产生活带来的巨大影响，科学技术对经济、社会发展的贡献.第一节电磁波的发现微波武器微波武器是利用微波的能量产生高温、电离、辐射、声波等综合效应，以“束”的形式向一定的方向发射，用于摧毁或损伤目标，据测定，使用每平方厘米0.01瓦的微波能量辐射，可以直接使通信、雷达、导航等电子系统的元器件失效或烧毁；当达到每平方厘米80瓦的微波能辐射时，仅用1秒钟的时间，就会使人和动物体内的器官因高热的作用而失去平衡，机能的协调发生混乱，并很快影响到神经中枢和心脏而导致死亡.

微波武器在应用上一个很重要的作用就是对付电子设备.新型隐身武器能够有效地避开雷达、红外等传感器的探测和跟踪.然而，这些隐身武器遇到微波武器的高能波束就会遭殃.涂敷在这些武器上的“隐身衣”，是一些特殊涂料，会在很短的时间内被加热而导致毁坏，甚至可以在瞬间熔化，从而使整个隐身武器被摧毁.要点1关于麦克斯韦电磁场理论的理解1.实验基础麦克斯韦电磁场理论有着实验基础，如下图甲，穿过闭合回路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电流.麦克斯韦进一步从场的观点解释，感应电流的产生是由于有了促使导体中自由电荷做定向运动的电场，如果没有闭合电路，同样会在空间产生感应电场.如下图乙，即变化的磁场产生电场.麦克斯韦相信电与磁的对称性，类比得出：变化的电场产生磁场.2.对麦克斯韦电磁场理论理解的几个层次(1)恒定的磁场不能产生电场，恒定的电场也不能产生磁场.(2)磁场是均匀变化的，产生的电场是恒定的，这样的电磁场不能产生持续的电磁波.(3)若磁场变化是不均匀的，则产生的电场是变化的，变化不均匀的电场产生变化的磁场.(4)周期性变化的磁场（电场），产生同频率的电场（磁场）.通常所讲的“周期性变化”指按正弦规律变化.例1关于电磁场理论，下列说法正确的是()A.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场.【答案】D变式迁移1.如右图所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，半径为R，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场中.要使带电粒子能沿管做圆周运动，所加的磁场可能是()A.匀强磁场B.均匀增加的磁场C.均匀减小的磁场D.由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子沿管做圆周运动要点2电磁波的特点1.电磁波是横波，在传播方向上，任意一点的E和B都随时间按正弦规律变化，E和B彼此垂直且与电磁波的传播方向垂直.2.电磁波的传播速度v=λf,在真空中的传播速度等于光速.3.电磁场贮存电磁能.电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.4.麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，测出了部分电磁波的波长和频率，证实了电磁波在真空中的传播速度等于光速.例2.下列关于电磁波的叙述中，正确的是()A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108m/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D.电磁波不能产生干涉、衍射现象【解析】A项考查电磁波的产生机理，正确；电磁波在真空中波速为3.0×108m/s,在其他介质中波速都小于光速，其原因是频率不变，波长变短，故C对B错；电磁波具备波的一切特征，故D错.【答案】AC变式迁移2.以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A.机械波与电磁波本质上是一致的B.机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关C.机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D.它们都可以发生干涉、衍射现象第二节电磁波谱极低频电磁场是致癌因素吗？我们生活在一个多种多样的、复杂的电磁波世界中，科学家早已发现，频率从的电磁辐射对人体有一定影响.其中高频电磁场，可使生物神经系统不稳定；而微波可使人眼晶状体成点状和部分浑浊.

那么，极低频电磁波对人体的影响怎样呢？1984~1985年，科学家对美国丹佛市约500户居民进行调查，发现家住在最强的极低频电磁场附近的儿童，其癌症（特别是白血病）的发病率比居住在一般地区的儿童高4倍.有关人员又对电话公司工作人员癌症发病率进行调查，有迹象表明，经常接触磁场的职工罹患癌症的危险性在增大.

但是，有些人对这种看法持谨慎态度，他们认为：与其认为极低频电磁场是致癌因素，还不如说，可能表明有其他的潜在致癌原因，如人口稠密、社会经济问题或交通问题.

极低频电磁场与癌症究竟有没有关系，科研人员的看法莫衷一是，需要进行深入探究，才能揭开谜底.要点1电磁波的波长、波速

与频率之间的关系1.波长：相邻的两个波峰或波谷间的距离.用λ表示.2.频率:１s内波峰或波谷通过的次数.用f表示.3.波速：１s内波沿传播方向上前进的距离.4.电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变，波长与波速发生变化.5.波长、波速与频率的关系:c=λf.6.在真空中c=m/s.例1在真空中传播的波长为15m的电磁波，进入某一介质中传播时，若传播速度

m/s,该电磁波在介质中的波长是多少？【解析】应用关系式λ＝c/f【答案】10m第三节电磁波的发射和接收光可以装在“盒子”里日本信州大学、大阪大学和筑波物质材料研究所联合研究小组开发出了能把电磁波储存在充满空洞的立方体中的技术.利用这一技术将来不仅能够制造出储蓄光的“光池”，还可用来储存电磁波，将其转变成电能.该小组同时表示，下一步他们将致力于研究白天储存光能夜间释放使用的“光池”，用空中电磁波作电源的手机等实用技术.

研究小组使用的立方体被命名为“光的分形体”，由掺有氧化钛粒子的环氧树脂制成，27毫米见方、重9克.用各种频率的电磁波照射该立方

体时发现，频率为8千兆赫的电磁波既没有穿透也没有反射，而是被储存在空洞中.照射停止后，电磁波仍在分形体内部停留了一千万分之一秒.用不同大小的分形体试验发现，根据立方体的大小和材质不同，所储存的电磁波的波长也有所不同.

储存电磁波和光的研究一直以光结晶研究为中心.但光结晶技术很难实现小型化，而且光的储存时间比“光的分形体”短.今后利用这一技术不仅能够发明出与电池一样的“光池”，

也可开发出防止电磁波干扰的材料，用于军事隐形技术.利用电磁波转换为热能的原理，还可开发出高效加热炉和开发利用加热克制癌症的治疗方法.

研究人员表示，电磁波在立方体内部停留的时间虽然很短，但在该时间内超级计算机能完成数万次运算，足以进行数据保存.因此，这项技术有望应用于电子计算机和光计算机领域.同时，理论上讲光波也能被“锁定”于这种立方体中.要点1关于电磁波的发射和接收的理解1.正确区分几个概念调制：在电磁波发射技术中，使高频电磁波随传递信号（声音、图象等低频信号）而变化.调幅：使高频振荡电流的振幅随传递信号（声音、图象等低频信号）而改变.调频：使高频振荡电流的频率随传递信号而改变.解调：在电磁波接收电路中，从高频振荡电流中“检”出所携带的信号，解调是调制的逆过程，解调又称检波.2.有效发射电磁波的两个条件(1)电磁波频率要足够高；(2)必须采用开放电路：经过调制过程就可得到频率足够高的携带信号的电磁波，就可通过发射天线发射无线电波了3.无线电波的接收原理电磁波在空间传播，遇到导体会使导体中产生感应电流.用天线和地线组成的电路可以接收电磁波.当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振.使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐.从接收到的高频振荡电流中取出声音信号的过程叫解调.例1如下图所示为调幅振荡电流图象，此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶（）A.经调制后B.经调谐后C.经检波后D.耳机中【解析】为了把信号传递出去，需要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制.调制的方法之一是使高频振荡电流的振幅随信号而变化，成为调幅振荡电流，这就是调幅.在接收电路中，经过调谐，使回路与所需接收的电磁波产生电谐振，回路中将会出现调幅振荡电流.经检波后，调幅振荡电流将被“切”去一半，得到单向脉冲电流，而在耳机中只有随信号而变化的音频电流.【答案】AB变式迁移1.下列关于无线电广播需要对电磁波进行调制的原因，正确的是()A.经过调制后的高频电磁波向外界辐射能量的本领更强B.经过调制后的电磁波在空间传播波长才能不变C.经过调制后的电磁波在空间才能传播得快D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号传递出去要点2电视机的基本原理

电视系统主要由摄像机和接收机组成.把图象各个部位分成一系列小点，称为像素，每幅图象至少要有几十万个像素.摄像机将画面上各个部分的光点，根据明暗情况逐点逐行逐帧地变为强弱不同的信号电流，随电磁波发射出去.

电视机接收到电磁波后，经调谐、检波得到的电信号，按原来定期的次序在显像管的荧光屏上汇成图象.例2电视机换台时，实际上是在改变()A.电视台的发射频率B.电视机的接收频率C.电视台发射的电磁波的波速D.电视机接收的电磁波的波速【解析】电视台能发射出多种频率的信号，而电视机接收到的信号频率，是通过电视来控制的，通过换台来改变接收频率.故选B.【答案】B变式迁移2.下列说法中正确的是()A.摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置B.电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置C.摄像机在1s内要送出25张画面D.电视机接收的画面是连续的第四节信息化社会第五节

课题研究：社会生活中的电磁波因特网因特网是连接千百万台用于商店、学校及研究机构的计算机的全球性网络，是延伸到整个世界的主计算机网络.因特网和其他小网络连在一起，被称为信息高速公路.

因特网创建于1969年，当时它作为军用通信系统，用来连接军用计算机.后来为了让科学家通过计算机交换数据，各所高校纷纷加入因特网.允许企业加入因特网始于1993年.由于进入因特网很容易、便捷，因特网以惊人的速度发展了起来.现在因特网可用于娱乐、购物和日常信息的收集.有了因特网，世界就在你的面前.要点.传感器1.常用传感器的原理：利用某些物理、化学或生物学效应进行工作.2.从接收信息分类物理传感器：用于完成视觉、听觉、触觉功能的传感器，其接收的是光、声波、压力等物理信息化学（或生物）传感器：代替味觉、嗅觉功能的传感器3.常用传感器

(1)温度传感器，把温度的高低转变成电信号.原理：利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的.例如：热敏电阻可以制成温度传感器.温度传感器的原理如下图所示，其中Rt是热敏电阻器.

应用的范围：空调机、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等.