高中物理 第3章 電磁波 第3節(jié) 電磁波的應(yīng)用及防護(hù)知識導(dǎo)航素材 魯科版選修34

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1、 第3節(jié) 電磁波的應(yīng)用及防護(hù) 思維激活 1.（電磁波的危害）“為了您和他人的安全，請您不要在飛機上使用手機和手提電腦”.這句提醒警示語是乘坐過飛機的游客都聽到過的語言，因為有些空難事故就是由于某位乘客在飛行的飛機中使用手機所造成的.1996、1998年都出現(xiàn)過此類問題，1999年廣州白云機場飛機降落時，機上有四位旅客同時使用了手機，使飛機降落偏離了8度，險些造成事故.請問為什么在飛機上不能使用手機和手提電腦呢（包括游戲機）？（本題材料選自中央電視臺2002年2月18日的《科技博覽》） 提示：由于手機在使用時要發(fā)射電磁波，對飛機產(chǎn)生電磁干擾，而飛機上導(dǎo)航系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，抗干擾能力不是

2、很強，所以如果飛機上的乘客使用了手機，對飛機產(chǎn)生電磁干擾，那么后果將十分可怕.所以，在飛機上不要使用手機和手提電腦. 2.天空看起來為什么是藍(lán)色的？ 提示：可見光的波長在700 nm到400 nm之間，不同顏色的光是波長（頻率）范圍不同的電磁波. 序號 紅 橙 黃 綠 藍(lán)—靛 紫 真空中的波長λ/nm 700~620 620~600 600~580 580~490 490~450 450~400 天空看起來是藍(lán)色的，是由于波長較短的光比波長較長的光更容易被散射，傍晚的陽光比較紅，是由于大氣對波長較短的藍(lán)光、紫光比波長較長的紅光、橙光吸收較強的緣故.

3、自主整理 一、電磁波譜 電磁波包括___________、___________、___________、___________、___________、___________、___________等.把這些電磁波按___________或___________順序排列起來，就構(gòu)成了___________. 二、電磁波的應(yīng)用 1800年，英國天文家赫歇爾發(fā)現(xiàn)了___________，它具有明顯的___________.利用它的熱效應(yīng)，制成了___________、___________等.利用它強大的穿透力，制成了_________、________等. 紫

4、外線能使很多物質(zhì)發(fā)出___________，很容易讓底片___________. 無線電波已廣泛應(yīng)用于___________、___________、___________、___________等. 三、電磁污染及防護(hù) 電磁污染又稱為___________污染或___________污染. 高手筆記 1.關(guān)于紅外線的說明 紅外線的波長比紅光的波長還長，不是可見光，不能引起人的視覺.一切物體（不管大小、也無論是否有生命），凡是由分子、原子等微粒構(gòu)成的物體都在不停地輻射紅外線.物體溫度越高，輻射紅外線的本領(lǐng)越強.紅外線主要有以下用途： ①紅外線遙感：勘測地?zé)?/p>

5、、尋找水源、人體檢查等. ②紅外線遙控：家用電器配套的遙控器發(fā)出紅外線脈沖信號，受控機器就會按指令改變工作狀態(tài). ③加熱物體：紅外線很容易使物體的溫度升高，如市場上的“遠(yuǎn)紅外烤箱”. 2.電磁波在空中的幾種傳播方式 我們的信息都是靠電磁波來傳播的，電磁波在空中的傳播形式有三種. （1）在地面上傳播，這類波叫地波，一般波長較大，也容易受到干擾，傳播距離也較近，叫長波. （2）在天空中靠電離層的反射來傳播，這類波波長較短，傳播距離較遠(yuǎn)，但也不是很穩(wěn)定，受天氣影響較大，一般稱天波. （3）靠天空中的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)而傳播，稱為空間波.這類波波長很短，頻率很大，直線傳播，能穿過大氣層，它

6、不太受天氣影響，傳播距離較大，較穩(wěn)定（衛(wèi)星通訊等）. 還有一類用光纜進(jìn)行傳播，這類傳播保密性好，頻率越大，傳播的信息量越大，一般用于軍事，或高保密行業(yè). 名師解惑 1.電視機是如何利用無線電波傳送信號的？ 剖析：在電視發(fā)射端，用攝像機攝取景物并將景物反射的光轉(zhuǎn)化為電信號，利用攝像機的鏡頭將景物的像成在攝像管中的屏上.攝像管中的電子槍發(fā)出的電子束逐點逐行掃描屏上的像，使強弱不同的光點組成的像變?yōu)閺娙醪煌男盘栯娏鳎缓笳{(diào)制到高頻振蕩電流上去，通過天線把載有圖像信號的電磁波發(fā)射出去. 在居民家中，由電視接收機（電視機）的顯像管把電信號還原成像.電視機接收天線接收到電磁波后

7、，經(jīng)過調(diào)諧、檢波，將得到的信號送到顯像管，顯像管中的電子槍受接收到的圖像信號的控制，發(fā)射強弱不同的電子束，并且用與攝像管的電子槍相同的方式和步調(diào)進(jìn)行掃描，在顯像管的熒光屏上便有了與攝像管屏上相同的圖像. 2.人看到的電視圖像為什么是活動的？ 剖析：人眼觀察物體時，若將物體移去，眼睛的視神經(jīng)對物體的印象并不能立即消失，而要延續(xù)0.1 s的時間，這種生理現(xiàn)象叫做視覺暫留.由于電視每秒傳送25張畫面，所以人看電視時，前一張畫面的印象尚未消失，后一張畫面已出現(xiàn)在熒光屏上，從而產(chǎn)生電視圖像連續(xù)活動的感覺. 3.雷達(dá)的基本原理是什么？ 剖析：雷達(dá)是利用無線電波來判定物體位置的無線電

8、設(shè)備，它是利用電磁波遇到障礙物要反射的特點來工作的，通過電磁波的發(fā)射、反射和接收，可以測定障礙物的方位和距離. 雷達(dá)利用的電磁波在微波波段，因為微波的波長越短，傳播的直線性越好，方向性越好，反射性越強.它每隔萬分之一秒向某一方向發(fā)射一次時間約為百萬分之一秒的不連續(xù)的微波，微波遇到障礙物反射出來，這樣可在顯示器的熒光屏上呈現(xiàn)發(fā)射和接收到的兩個尖形波，通過計算可得到障礙物到雷達(dá)站的距離，再根據(jù)發(fā)射微波的方向和仰角，便可判定障礙物的位置了. 雷達(dá)既可用于探測飛機、艦艇、導(dǎo)彈等軍事目標(biāo)，又可用來為飛機、船只導(dǎo)航，在天文學(xué)上用來研究天體，在氣象上用來探測臺風(fēng)、雷雨、云層等. 講練互動 【

9、例題1】關(guān)于紅外線的作用和來源，下列說法正確的是（ ） A.一切物體都在不停地輻射紅外線 B.紅外線有很強的熒光效應(yīng)和熱作用 C.紅外線的主要作用是化學(xué)作用 D.紅外線不容易穿透煙塵和云霧 解析：一切物體都在不停地輻射紅外線，由于紅外線波長較長，故而易于穿透云霧和煙塵，它還有較強的熱作用，因而選項A正確. 答案：A 綠色通道 紅外線的波長比可見光中的紅光還要長，所以它的波動性較明顯.熟記電磁波譜中各段電磁波的特性和作用是解決這類問題的關(guān)鍵. 變式訓(xùn)練 1.氣象衛(wèi)星向地面發(fā)送的云圖，是由衛(wèi)星上的紅外線感應(yīng)器接收云層發(fā)出的紅

10、外線而形成的圖象，云圖上的黑白程度由云層的溫度高低決定，這是利用了紅外線的（ ） A.不可見性 B.穿透性 C.熱效應(yīng) D.化學(xué)效應(yīng) 解析：一切物體都能發(fā)出紅外線，紅外線的最顯著的特征是熱效應(yīng)，所以溫度不同的部位發(fā)出的紅外線而形成的圖象顏色深淺不同. 答案：C 【例題2】同步衛(wèi)星可以傳播無線電話，問說話后至少經(jīng)過多長時間才能聽到對方回話？（設(shè)對方聽到說話后立即回話，已知M地=61024 kg，R地=6.4106 m） 解析：要求出說話后聽到對方講話經(jīng)歷的時間，需要知道同步衛(wèi)星分別

11、和兩人之間的距離，當(dāng)兩人都站在同步衛(wèi)星的正下方時，電磁波經(jīng)同步衛(wèi)星傳播的距離最短，需時最少. 設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m，距地面高度為h，同步衛(wèi)星的角速度和地球自轉(zhuǎn)的角速度相同. 由牛頓第二定律得： mω2（R+h）=Gh=-R =km-6.4106 km =3.58104 km 無線電傳播的最短路程為 s=4h=3.581074 m=1.43108 m 傳播的最短時間為 t=108 s=0.477 s. 答案：0.477 s 綠色通道 只要找到電磁波的傳播途徑就易求出時間. 變式訓(xùn)練 2．波長為0.6 μm的紅光，從10 m外的交通信號燈傳到你的眼睛，大約需要多長時

12、間，這個距離是波長的多少倍？ 解析：由速度公式x=vt可求得.t==s=3.3310-8 s n===1.6107 所以燈光傳到眼睛時，大約需要3.3310-8 s，這個距離是波長的1.6107倍. 答案：3.3310-8 s 1.6107倍 【例題3】一個雷達(dá)向遠(yuǎn)處發(fā)射無線電波，每次發(fā)射的時間為1 μs，兩次發(fā)射的時間間隔為100 μs，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)出的尖形波如圖3-3-1所示，已知圖中刻度ab=bc，則障礙物與雷達(dá)之間的距離是多大？ 圖3-3-1 解析：圖中a和c處的尖形波是雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射無線電波時出現(xiàn)的，b處的尖形波是雷達(dá)收到障礙物反射回來的無線電波時出現(xiàn)的

13、，由ab=bc，可知無線電波發(fā)射到返回所用時間為50 μs. 設(shè)雷達(dá)離障礙物的距離為s，無線電波來回時間為t，波速為c， 由2s=ct得s==7.5103 m. 答案：7.5103 m 綠色通道 在熒光屏上根據(jù)波幅很容易區(qū)分發(fā)射波和反射波，根據(jù)兩個尖形波距離，可直接從熒光屏上的刻度讀出障礙物的距離. 若障礙物是運動的物體，從發(fā)射到接收到信號的時間間隔會發(fā)生變化，從給出的數(shù)據(jù)還可計算出物體運動的速度，例如高速公路上的測速儀就是利用此原理測速的. 變式訓(xùn)練 3．雷達(dá)是用來對目標(biāo)進(jìn)行定位的現(xiàn)代化定位系統(tǒng).海豚也具有完善的聲吶系統(tǒng)，它能在黑暗中準(zhǔn)確而快速地捕捉食物，避開

14、敵害，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)代化的無線電系統(tǒng). （1）海豚的定位是利用了自身發(fā)射的（ ） A.電磁 B.紅外線 C.次聲波 D.超聲波 （2）雷達(dá)的定位是利用自身發(fā)射的（ ） A.電磁波 B.紅外線 C.次聲波 D.光線 解析：（1）海豚能發(fā)射超聲波，它是一種頻率高于2104 Hz的聲波，它的波長非常短，因而能定向發(fā)射，而且在水中傳播時因能量損失小，要比無線電波和光波傳得遠(yuǎn).海豚就是靠自身發(fā)出的超聲波的回聲在混濁的水里準(zhǔn)確確定遠(yuǎn)處

15、的小魚位置而猛沖過去吞食，選D. （2）雷達(dá)是一個電磁波的發(fā)射和接收系統(tǒng)，因而是靠發(fā)射電磁波來定位的，選A. 答案：（1）D （2）A 4．某高速公路自動測速儀裝置如圖3-3-2所示，雷達(dá)向汽車駛來方向發(fā)射不連續(xù)的電磁波，每次發(fā)射時間約為百萬分之一秒，兩次發(fā)射時間間隔為t.當(dāng)雷達(dá)向汽車發(fā)射無線電波時，在指示器熒光屏上呈現(xiàn)出一個尖波形；在收到反射回來的無線電波時，在熒光屏上呈現(xiàn)第二個尖形波.根據(jù)兩個波的距離，可以計算出汽車距雷達(dá)距離，根據(jù)自動打下紙帶如圖3-3-3所示，可求出該汽車的車速，請根據(jù)給出的t1、t2、t、c求出汽車車速表達(dá)式. 圖3-3-2

16、 圖3-3-3 解析：根據(jù)題圖所示第一次測量時汽車距雷達(dá)距離s1=；第二次測量時汽車距雷達(dá)距離s2=.兩次發(fā)射時間間隔為t，則汽車的速度v=. 注：這里邊有一個微小的誤差，即t不是兩個位置的時間差，準(zhǔn)確值應(yīng)是t+，但與相差不大，對v的計算結(jié)果影響很小可略去不計，所以采用上式已經(jīng)夠精確的了. 答案：v= 體驗探究 【問題】數(shù)字變頻技術(shù)在當(dāng)今家電領(lǐng)域被大量應(yīng)用，了解這一高新技術(shù)，并結(jié)合生活，體會社會的飛速發(fā)展. 導(dǎo)思：可查閱相關(guān)資料進(jìn)行了解. 探究：20世紀(jì)80年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電

17、流技術(shù)有機結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件，首先是功率MOSFET（半導(dǎo)體場效應(yīng)管）的問世，而后是絕緣門極雙極晶體管（IGBT）的出現(xiàn)，使得變頻技術(shù)更加成熟，它的主要原理是低頻電壓通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管MOSFET或IGBT組成的高頻變化器，將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速或再進(jìn)行可控制整流，得到可調(diào)的直流電壓，實現(xiàn)特制的直流電動機無級調(diào)速.現(xiàn)代調(diào)頻技術(shù)往往由數(shù)字信號控制和處理，這就是數(shù)字調(diào)頻技術(shù).調(diào)頻技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點，便于計算機處理控制、避免模擬信號的

18、畸變失真、減小雜散信號的干擾（提高抗干擾能力）、便于軟件包調(diào)試和遙感調(diào)測，也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入.實現(xiàn)了用電設(shè)備高效節(jié)材節(jié)能，性能更加完善可靠，使用電設(shè)備向小型輕量化、機電一體化和智能化方向發(fā)展. 數(shù)字變頻技術(shù)當(dāng)今在家電領(lǐng)域也被大量應(yīng)用，形成了我們已經(jīng)非常熟悉的變頻家電系列產(chǎn)品. “數(shù)字變頻技術(shù)”彩電是剛剛出現(xiàn)的變頻家電，它采用數(shù)字變頻技術(shù)，運用動態(tài)幀/行掃描速度轉(zhuǎn)換，將電視臺發(fā)送的隔行掃描信號轉(zhuǎn)換為逐行掃描信號顯示，并將場頻從50 Hz提高到75 Hz.這一與HDTV高清晰度數(shù)字電視完全相同的逐行掃描方式，徹底消除了傳統(tǒng)隔行掃描電視和普通倍頻彩電的線間抖動和行掃描

19、結(jié)構(gòu)線，消除了大面積閃爍，使圖像柔潤細(xì)膩. 教材鏈接 1.移動電話的工作原理（課本第61頁） 每個移動電話都是一個電磁波發(fā)射器，它通過電磁波把講話的信息發(fā)射到空中，同時它又是一個電磁波接收器，在空中捕獲電磁波，得到對方講話的信息. 移動電話的發(fā)射功率不大，它的天線也簡單，靈敏度不高.因此，它與其他用戶的通話要靠較大的固定天線電臺轉(zhuǎn)接.這種固定的電臺叫做基地臺或基站.在城市中，移動通信基地臺的天線都建在高大的建筑物上. 2.電視的原理（課本第61頁） （1）電視實現(xiàn)了景象（包括伴音）的傳送，擔(dān)當(dāng)著圖像（包括伴音）信號的發(fā)射、接收和還原的任務(wù). （2）電視信號的發(fā)送

20、 在電視發(fā)射端，用攝像管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，對高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制，然后通過天線把帶有信號的電磁波發(fā)射出去. 在電視發(fā)射端，還同時發(fā)射伴音信號. （3）電視信號的接收 在電視的接收端，通過調(diào)諧、檢波將電信號送到顯像管，由顯像管將電信號還原成圖像.在電視的接收端，還同時將伴音信號還原成聲音. （4）電視傳遞的是活動影像 攝像機每秒要傳送25張畫面，電視接收機也以相同的速率在熒光屏上顯現(xiàn)這些畫面，由于畫面更換迅速和視覺暫留，我們感覺到的便是活動影像. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375