（貴陽專版）2020年秋九年級物理全冊 第19章 走進信息時代 第2節(jié) 讓信息飛起來 電磁波的基本知識 （新版）滬科版

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1、電磁波的基本知識 自1888年赫茲用實驗證明了電磁波的存在，迄今，人們已經(jīng)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，不僅光波是電磁波，還有紅外線、紫外線、X 射線、射線等也都是電磁波，科學(xué)研究證明電磁波是一個大家族。所有這些電磁波僅在波長（或頻率）上有所差別，而在本質(zhì)上完全相同，且波長不同的電磁波在真空中的傳播速度都是。因為波的頻率和波長滿足關(guān)系式，所以頻率不同的電磁波在真空中具有不同的波長。 自從電磁波發(fā)現(xiàn)以來，電磁波的應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。1895年俄國科學(xué)家波波夫發(fā)明了第一個無線電報系統(tǒng)。1914年語音通信成為可能。1920年商業(yè)無線電廣播開始使用，20世紀30年代發(fā)明了雷達，40年代雷達和通信得到飛速發(fā)展，自50

2、年代第一顆人造衛(wèi)星上天，衛(wèi)星通訊事業(yè)得到迅猛發(fā)展。如今電磁波已在通訊、遙感、空間控測、軍事應(yīng)用、科學(xué)研究等諸多方面得到廣泛的應(yīng)用。 電磁波的頻率愈高，相應(yīng)的波長就越短。無線電波的波長最長（頻率最低），而射線的波長最短（頻率最高）。目前人類通過各種方式已產(chǎn)生或觀測到的電磁波的最低頻率為，其波長為地球半徑的倍，而電磁波的最高頻率為，它來自于宇宙的射線。將電磁波按頻率或波長的順序排列起來就構(gòu)成電磁波譜，不同頻率的電磁波段有不同的用途。下面指出了各種波長范圍(波段)的電磁波名稱。 在電磁波譜中，波長最長的是無線電波。一般將頻率低于的電磁波統(tǒng)稱為無線電波。無線電波通常是由電磁振蕩電路通過天線發(fā)射出去

3、的。無線電波按波長的不同又被分為長波、中波、短波、超短波、微波等波段。其中，長波的波長在3km以上，微波的波長小到0.1mm 。 不同波長（頻率）的電磁波有不同的用途。廣播電臺使用的頻率在中波波段；電視臺使用的頻率在超短波段；用來測定物體位置的雷達、無線電導(dǎo)航等使用的頻率在微波段。 就其傳播特性而言，長波、中波由于波長很長，衍射現(xiàn)象顯著，所以從電臺發(fā)射出去的電磁波能夠繞過高山、房屋而傳播到千家萬戶；短波的波長較短，衍射現(xiàn)象減弱，主要靠地球外的電離層與地面間的反射，故能傳得很遠。超短波、微波由于波長小而幾乎只能按直線在空間傳播，但因地球表面是球形的，故需設(shè)中繼站，以改變其傳播方向，使之克服地

4、球形狀將電信號傳到遠處。電視，遠距離通訊、雷達都采用微波。當前，多用同步通訊衛(wèi)星作為微波中繼站。一般只需有三顆同步通訊衛(wèi)星，就可將無線電信號傳送到地球上大部分地區(qū)。 γ射線是一種比X射線波長更短的電磁波，它的波長在0.3nm以下，頻率在以上，。它來自宇宙射線或是由某些放射性元素在衰變過程中放射出來的。γ射線的能量極高，穿透能力比X射線更強，也可用于金屬探傷等。通過對γ射線的研究，還可幫助了解原子核的結(jié)構(gòu)。此外，原子武器爆炸時，有大量γ射線放出，它是原子武器主要殺傷因素之一。γ射線也是人類研究天體，認識宇宙的強有力的武器。 X射線又稱倫琴射線 （俗稱X光），是波長比紫外線更短的電磁波，其波長

5、范圍在之間。它一般是由倫琴射線管產(chǎn)生的，也可由高速電子流轟擊金屬靶產(chǎn)生，它是由原子中的內(nèi)層電子發(fā)射的。X射線具有很強的穿透能力，能使照相底片感光、使熒光屏發(fā)光。這種性質(zhì)，在醫(yī)療上廣泛用于透視和病理檢查；工業(yè)上是工業(yè)探傷等無損檢測的必要手段。由于X射線的波長與晶體中原子間距的線度相當，也常被用來分析晶體結(jié)構(gòu)。 波長范圍在40nm～400nm的電磁波，叫做紫外線。它是比可見光中的紫光波長更短的一種射線，人眼也看不見。熾熱物體的溫度很高(例如太陽)時，就會輻射紫外線。 紫外線有顯著的生理作用，殺菌能力較強。在醫(yī)療上有其應(yīng)用；許多昆蟲對紫外線特別敏感，可用紫外燈來誘捕害蟲；紫外線還會引起強烈的化學(xué)

6、作用，使照相底片感光。另一方面，波長為290～320nm的紫外線，對生命有害。臭氧對太陽輻射中的上述紫外線的吸收能力極強，有95%以上可被它吸收。臭氧層在地球上方10～50km之間，它是地球生物的保護傘。 在電磁波譜中，可見光只占很小的一部分波段，即波長范圍在400～760nm之間，這些電磁波能使人眼產(chǎn)生光的感覺，所以叫做光波。人眼所看見的不同顏色的光，實際上是不同波長的電磁波，白光則是各種顏色(紅、橙、黃、綠、青、藍、紫)的可見光的混合。波長最長的可見光是紅光(=630～760nm)，波長最短的光是紫光(=400～430nm)。 因為，光波的波長比無線電波更短，它在傳播時的直線性、

7、反射和折射性質(zhì)就比超短波、微波更為顯著；僅當光通過小孔、狹縫等時，才明顯地顯示出衍射現(xiàn)象(參閱第五編"光學(xué)")。 在微波和可見光之間的一個廣闊波段范圍(波長在600微米-- 0.76微米之間)的電磁波，叫做紅外線。它在電磁波譜中位于可見光的紅光部分之外，人眼看不見，波長比紅光更長。 紅外線是由熾熱物體輻射出來的，人體就是一個紅外線源。紅外線的顯著特性是熱效應(yīng)大，能透過濃霧或較厚大氣層而不易被吸收。所謂熱輻射，主要就是指紅外線輻射。 紅外線在生產(chǎn)和軍事上有著重要應(yīng)用。例如用紅外線烘干油漆，干得快、質(zhì)量好；由于坦克、艦艇、人體等一切物體都在不停地發(fā)射紅外線，并且不同的物體所輻射的紅外線，其波長和強度不同，故在夜間或濃霧天氣可通過紅外線探測器來接收信號，并用電子儀器對接收到的信號進行處理，或用對紅外線敏感的照相底片進行遠距離攝影和高空攝影，就可察知物體的形狀和特征。這種技術(shù)稱為紅外線遙感。利用遙感技術(shù)可在飛機或衛(wèi)星上勘測地形、地貌，監(jiān)測森林火情和環(huán)境污染，預(yù)報臺風(fēng)、寒潮，尋找水源或地?zé)岬?。此外，根?jù)物質(zhì)對紅外線的吸收情況，可以研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步相信，電磁波譜的兩端還將不斷擴展，電磁波的應(yīng)用也將進一步擴展。 以后在光學(xué)、原子物理學(xué)和原子核物理學(xué)中，我們還要講到熱輻射(包括紅外線、可見光、紫外線)、X射線和射線等電磁波的有關(guān)問題。