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(shí)導(dǎo)航素材 魯科版選修3-4

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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(qǐng)您不要在飛機(jī)上使用手機(jī)和手提電腦”.這句提醒警示語(yǔ)是乘坐過飛機(jī)的游客都聽到過的語(yǔ)言，因?yàn)橛行┛针y事故就是由于某位乘客在飛行的飛機(jī)中使用手機(jī)所造成的.1996、1998年都出現(xiàn)過此類問題，1999年廣州白云機(jī)場(chǎng)飛機(jī)降落時(shí)，機(jī)上有四位旅客同時(shí)使用了手機(jī)，使飛機(jī)降落偏離了8度，險(xiǎn)些造成事故.請(qǐng)問為什么在飛機(jī)上不能使用手機(jī)和手提電腦呢（包括游戲機(jī)）？（本題材料選自中央電視臺(tái)2002年2月18日的《科技博覽》） 提示：由于手機(jī)在使用時(shí)要發(fā)射電磁波，對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生電磁干擾，而飛機(jī)上導(dǎo)航系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，抗干擾能力不是很

2、強(qiáng)，所以如果飛機(jī)上的乘客使用了手機(jī)，對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生電磁干擾，那么后果將十分可怕.所以，在飛機(jī)上不要使用手機(jī)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(zhǎng)在700 nm到400 nm之間，不同顏色的光是波長(zhǎng)（頻率）范圍不同的電磁波. 序號(hào) 紅 橙 黃 綠 藍(lán)—靛 紫 真空中的波長(zhǎng)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(zhǎng)較短的光比波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光更容易被散射，傍晚的陽(yáng)光比較紅，是由于大氣對(duì)波長(zhǎng)較短的藍(lán)光、紫光比波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光、橙光吸收較強(qiáng)的緣故. 自

3、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(guó)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(qiáng)大的穿透力，制成了_________、________等. 紫外線能使很多物質(zhì)發(fā)出___

4、________，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(zhǎng)比紅光的波長(zhǎng)還長(zhǎng)，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(qiáng).紅外線主要有以下用途： ①紅外線遙感：勘測(cè)地?zé)?、尋找水源、人體檢查等. ②紅外線遙控：家用電器

5、配套的遙控器發(fā)出紅外線脈沖信號(hào)，受控機(jī)器就會(huì)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(chǎng)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(zhǎng)較大，也容易受到干擾，傳播距離也較近，叫長(zhǎng)波. （2）在天空中靠電離層的反射來傳播，這類波波長(zhǎng)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(zhǎng)很短，頻率很大，直線傳播，能穿過大氣層，它不太受天氣影響，傳播距離較大，較穩(wěn)定（衛(wèi)星通訊等）. 還

6、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(jī)是如何利用無線電波傳送信號(hào)的？ 剖析：在電視發(fā)射端，用攝像機(jī)攝取景物并將景物反射的光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，利用攝像機(jī)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(diǎn)逐行掃描屏上的像，使強(qiáng)弱不同的光點(diǎn)組成的像變?yōu)閺?qiáng)弱不同的信號(hào)電流，然后調(diào)制到高頻振蕩電流上去，通過天線把載有圖像信號(hào)的電磁波發(fā)射出去. 在居民家中，由電視接收機(jī)（電視機(jī)）的顯像管把電信號(hào)還原成像.電視機(jī)接收天線接收到電磁波后，經(jīng)過調(diào)諧、檢波，將得到的信號(hào)送到顯像管，顯像管中的電子槍受接收到的圖像信

7、號(hào)的控制，發(fā)射強(qiáng)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(dòng)的？ 剖析：人眼觀察物體時(shí)，若將物體移去，眼睛的視神經(jīng)對(duì)物體的印象并不能立即消失，而要延續(xù)0.1 s的時(shí)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(shí)，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(dòng)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設(shè)備，它是利用電磁波遇到障礙物要反射的特點(diǎn)來工作的，通過電磁波的發(fā)射、反射和接收，可以測(cè)定

8、障礙物的方位和距離. 雷達(dá)利用的電磁波在微波波段，因?yàn)槲⒉ǖ牟ㄩL(zhǎng)越短，傳播的直線性越好，方向性越好，反射性越強(qiáng).它每隔萬(wàn)分之一秒向某一方向發(fā)射一次時(shí)間約為百萬(wàn)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(gè)尖形波，通過計(jì)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(cè)飛機(jī)、艦艇、導(dǎo)彈等軍事目標(biāo)，又可用來為飛機(jī)、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(cè)臺(tái)風(fēng)、雷雨、云層等. 講練互動(dòng) 【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

9、 B.紅外線有很強(qiáng)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(zhǎng)較長(zhǎng)，故而易于穿透云霧和煙塵，它還有較強(qiáng)的熱作用，因而選項(xiàng)A正確. 答案：A 綠色通道 紅外線的波長(zhǎng)比可見光中的紅光還要長(zhǎng)，所以它的波動(dòng)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

10、 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(zhǎng)時(shí)間才能聽到對(duì)方回話？（設(shè)對(duì)方聽到說話后立即回話，已知M地=6×1024 kg，R地=6.4×106 m） 解析：要求出說話后聽到對(duì)方講話經(jīng)歷的時(shí)間，需要知道同步衛(wèi)星分別和兩人之間的距離，當(dāng)兩人都站在同步衛(wèi)星的正下方時(shí)，電磁波經(jīng)同步衛(wèi)星傳播的距離最短，需時(shí)最少. 設(shè)衛(wèi)星

11、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-6.4×106 km =3.58×104 km 無線電傳播的最短路程為 s=4h=3.58×107×4 m=1.43×108 m 傳播的最短時(shí)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(shí)間. 變式訓(xùn)練 2．波長(zhǎng)為0.6 μm的紅光，從10 m外的交通信號(hào)燈傳到你的眼睛，大約需要多長(zhǎng)時(shí)間，這個(gè)距離是波長(zhǎng)的多少倍？ 解析：由速度公式x=vt可求得.t==s=3.33×10-8 s

12、 n===1.6×107 所以燈光傳到眼睛時(shí)，大約需要3.33×10-8 s，這個(gè)距離是波長(zhǎng)的1.6×107倍. 答案：3.33×10-8 s 1.6×107倍 【例題3】一個(gè)雷達(dá)向遠(yuǎn)處發(fā)射無線電波，每次發(fā)射的時(shí)間為1 μs，兩次發(fā)射的時(shí)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(shí)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(shí)出現(xiàn)的，由ab=bc，可知無線電波發(fā)射到返回所用時(shí)間為50 μs. 設(shè)雷達(dá)離障礙物的距離為

13、s，無線電波來回時(shí)間為t，波速為c， 由2s=ct得s==7.5×103 m. 答案：7.5×103 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(gè)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(yùn)動(dòng)的物體，從發(fā)射到接收到信號(hào)的時(shí)間間隔會(huì)發(fā)生變化，從給出的數(shù)據(jù)還可計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)的速度，例如高速公路上的測(cè)速儀就是利用此原理測(cè)速的. 變式訓(xùn)練 3．雷達(dá)是用來對(duì)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

14、 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2×104 Hz的聲波，它的波長(zhǎng)非常短，因而能定向發(fā)射，而且在水中傳播時(shí)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)處的小魚位置而猛沖過去吞食，選D. （2）雷達(dá)是一個(gè)電磁波的發(fā)射和接收系統(tǒng)，因而是靠發(fā)射電磁波來

15、定位的，選A. 答案：（1）D （2）A 4．某高速公路自動(dòng)測(cè)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(shí)間約為百萬(wàn)分之一秒，兩次發(fā)射時(shí)間間隔為t.當(dāng)雷達(dá)向汽車發(fā)射無線電波時(shí)，在指示器熒光屏上呈現(xiàn)出一個(gè)尖波形；在收到反射回來的無線電波時(shí)，在熒光屏上呈現(xiàn)第二個(gè)尖形波.根據(jù)兩個(gè)波的距離，可以計(jì)算出汽車距雷達(dá)距離，根據(jù)自動(dòng)打下紙帶如圖3-3-3所示，可求出該汽車的車速，請(qǐng)根據(jù)給出的t1、t2、t、c求出汽車車速表達(dá)式. 圖3-3-2 圖3-3-3 解析：根據(jù)題圖所示第一次測(cè)量時(shí)汽車距雷達(dá)距離s1=；

16、第二次測(cè)量時(shí)汽車距雷達(dá)距離s2=.兩次發(fā)射時(shí)間間隔為t，則汽車的速度v=. 注：這里邊有一個(gè)微小的誤差，即t不是兩個(gè)位置的時(shí)間差，準(zhǔn)確值應(yīng)是t+，但與相差不大，對(duì)v的計(jì)算結(jié)果影響很小可略去不計(jì)，所以采用上式已經(jīng)夠精確的了. 答案：v= 體驗(yàn)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(huì)社會(huì)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)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)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(chǎng)效應(yīng)管）的問世，而后是絕緣門極雙

17、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(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速或再進(jìn)行可控制整流，得到可調(diào)的直流電壓，實(shí)現(xiàn)特制的直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速.現(xiàn)代調(diào)頻技術(shù)往往由數(shù)字信號(hào)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(hào)處理技術(shù)的日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn)，便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾（提高抗干擾能力）、便于軟件包調(diào)試和遙感調(diào)測(cè)，也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入.實(shí)現(xiàn)了

18、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(jī)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(yùn)用動(dòng)態(tài)幀/行掃描速度轉(zhuǎn)換，將電視臺(tái)發(fā)送的隔行掃描信號(hào)轉(zhuǎn)換為逐行掃描信號(hào)顯示，并將場(chǎng)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(dòng)和行掃描結(jié)構(gòu)線，消除了大面積閃爍，使圖像柔潤(rùn)細(xì)膩. 教材鏈接 1.移動(dòng)電話的工作原理（課本第61頁(yè)） 每個(gè)移動(dòng)電話都是一個(gè)電磁波發(fā)

19、射器，它通過電磁波把講話的信息發(fā)射到空中，同時(shí)它又是一個(gè)電磁波接收器，在空中捕獲電磁波，得到對(duì)方講話的信息. 移動(dòng)電話的發(fā)射功率不大，它的天線也簡(jiǎn)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(tái)轉(zhuǎn)接.這種固定的電臺(tái)叫做基地臺(tái)或基站.在城市中，移動(dòng)通信基地臺(tái)的天線都建在高大的建筑物上. 2.電視的原理（課本第61頁(yè)） （1）電視實(shí)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(hào)的發(fā)射、接收和還原的任務(wù). （2）電視信號(hào)的發(fā)送 在電視發(fā)射端，用攝像管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì)高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制，然后通過天線把帶有信號(hào)的電磁波發(fā)射出去. 在電視發(fā)射端，還同時(shí)發(fā)射伴音信號(hào). （3）電視信號(hào)的接收 在電視的接收端，通過調(diào)諧、檢波將電信號(hào)送到顯像管，由顯像管將電信號(hào)還原成圖像.在電視的接收端，還同時(shí)將伴音信號(hào)還原成聲音. （4）電視傳遞的是活動(dòng)影像 攝像機(jī)每秒要傳送25張畫面，電視接收機(jī)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(dòng)影像.