高中物理 第3章 电磁波 第3节 电磁波的应用及防护知识导航素材 鲁科版选修3-4

高中物理 第3章 电磁波 第3节 电磁波的应用及防护知识导航素材 鲁科版选修3-4

第3节 电磁波的应用及防护 ‎ 思维激活 ‎1.（电磁波的危害）“为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑”.这句提醒警示语是乘坐过飞机的游客都听到过的语言，因为有些空难事故就是由于某位乘客在飞行的飞机中使用手机所造成的.1996、1998年都出现过此类问题，1999年广州白云机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机，使飞机降落偏离了8度，险些造成事故.请问为什么在飞机上不能使用手机和手提电脑呢（包括游戏机）？（本题材料选自中央电视台‎2002年2月18日的《科技博览》）‎ 提示：由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以如果飞机上的乘客使用了手机，对飞机产生电磁干扰，那么后果将十分可怕.所以，在飞机上不要使用手机和手提电脑.‎ ‎2.天空看起来为什么是蓝色的？‎ 提示：可见光的波长在700 nm到400 nm之间，不同颜色的光是波长（频率）范围不同的电磁波.‎ 序号 红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫 真空中的波长λ/nm ‎700~620‎ ‎620~600‎ ‎600~580‎ ‎580~490‎ ‎490~450‎ ‎450~400‎ ‎ 天空看起来是蓝色的，是由于波长较短的光比波长较长的光更容易被散射，傍晚的阳光比较红，是由于大气对波长较短的蓝光、紫光比波长较长的红光、橙光吸收较强的缘故.‎ 自主整理 一、电磁波谱 电磁波包括___________、___________、___________、___________、___________、___________、___________等.把这些电磁波按___________或___________顺序排列起来，就构成了___________.‎ 二、电磁波的应用 ‎1800年，英国天文家赫歇尔发现了___________，它具有明显的___________.利用它的热效应，制成了___________、___________等.利用它强大的穿透力，制成了_________、________等.‎ 紫外线能使很多物质发出___________，很容易让底片___________.‎ 无线电波已广泛应用于___________、___________、___________、___________等.‎ 三、电磁污染及防护 电磁污染又称为___________污染或___________污染.‎ 高手笔记 ‎1.关于红外线的说明 红外线的波长比红光的波长还长，不是可见光，不能引起人的视觉.一切物体（不管大小、也无论是否有生命），凡是由分子、原子等微粒构成的物体都在不停地辐射红外线.物体温度越高，辐射红外线的本领越强.红外线主要有以下用途：‎ ‎①红外线遥感：勘测地热、寻找水源、人体检查等.‎ ‎②红外线遥控：家用电器配套的遥控器发出红外线脉冲信号，受控机器就会按指令改变工作状态.‎ ‎③加热物体：红外线很容易使物体的温度升高，如市场上的“远红外烤箱”.‎ ‎2.电磁波在空中的几种传播方式 我们的信息都是靠电磁波来传播的，电磁波在空中的传播形式有三种.‎ ‎（1）在地面上传播，这类波叫地波，一般波长较大，也容易受到干扰，传播距离也较近，叫长波.‎ ‎（2）在天空中靠电离层的反射来传播，这类波波长较短，传播距离较远，但也不是很稳定，受天气影响较大，一般称天波.‎ ‎（3）靠天空中的卫星转发而传播，称为空间波.这类波波长很短，频率很大，直线传播，能穿过大气层，它不太受天气影响，传播距离较大，较稳定（卫星通讯等）.‎ 还有一类用光缆进行传播，这类传播保密性好，频率越大，传播的信息量越大，一般用于军事，或高保密行业.‎ 名师解惑 ‎1.电视机是如何利用无线电波传送信号的？‎ 剖析：在电视发射端，用摄像机摄取景物并将景物反射的光转化为电信号，利用摄像机的镜头将景物的像成在摄像管中的屏上.摄像管中的电子枪发出的电子束逐点逐行扫描屏上的像，使强弱不同的光点组成的像变为强弱不同的信号电流，然后调制到高频振荡电流上去，通过天线把载有图像信号的电磁波发射出去.‎ 在居民家中，由电视接收机（电视机）的显像管把电信号还原成像.电视机接收天线接收到电磁波后，经过调谐、检波，将得到的信号送到显像管，显像管中的电子枪受接收到的图像信号的控制，发射强弱不同的电子束，并且用与摄像管的电子枪相同的方式和步调进行扫描，在显像管的荧光屏上便有了与摄像管屏上相同的图像.‎ ‎2.人看到的电视图像为什么是活动的？‎ 剖析：人眼观察物体时，若将物体移去，眼睛的视神经对物体的印象并不能立即消失，而要延续0.1 s的时间，这种生理现象叫做视觉暂留.由于电视每秒传送25张画面，所以人看电视时，前一张画面的印象尚未消失，后一张画面已出现在荧光屏上，从而产生电视图像连续活动的感觉.‎ ‎3.雷达的基本原理是什么？‎ 剖析：雷达是利用无线电波来判定物体位置的无线电设备，它是利用电磁波遇到障碍物要反射的特点来工作的，通过电磁波的发射、反射和接收，可以测定障碍物的方位和距离.‎ 雷达利用的电磁波在微波波段，因为微波的波长越短，传播的直线性越好，方向性越好，反射性越强.它每隔万分之一秒向某一方向发射一次时间约为百万分之一秒的不连续的微波，微波遇到障碍物反射出来，这样可在显示器的荧光屏上呈现发射和接收到的两个尖形波，通过计算可得到障碍物到雷达站的距离，再根据发射微波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置了.‎ 雷达既可用于探测飞机、舰艇、导弹等军事目标，又可用来为飞机、船只导航，在天文学上用来研究天体，在气象上用来探测台风、雷雨、云层等.‎ 讲练互动 ‎【例题1】关于红外线的作用和来源，下列说法正确的是（ ）‎ A.一切物体都在不停地辐射红外线 B.红外线有很强的荧光效应和热作用 C.红外线的主要作用是化学作用 D.红外线不容易穿透烟尘和云雾 解析：一切物体都在不停地辐射红外线，由于红外线波长较长，故而易于穿透云雾和烟尘，它还有较强的热作用，因而选项A正确.‎ 答案：A 绿色通道 红外线的波长比可见光中的红光还要长，所以它的波动性较明显.熟记电磁波谱中各段电磁波的特性和作用是解决这类问题的关键.‎ 变式训练 ‎1.气象卫星向地面发送的云图，是由卫星上的红外线感应器接收云层发出的红外线而形成的图象，云图上的黑白程度由云层的温度高低决定，这是利用了红外线的（ ）‎ A.不可见性 B.穿透性 C.热效应 D.化学效应 解析：一切物体都能发出红外线，红外线的最显著的特征是热效应，所以温度不同的部位发出的红外线而形成的图象颜色深浅不同.‎ 答案：C ‎【例题2】同步卫星可以传播无线电话，问说话后至少经过多长时间才能听到对方回话？（设对方听到说话后立即回话，已知M地=6×‎1024 kg，R地=6.4×‎106 m）‎ 解析：要求出说话后听到对方讲话经历的时间，需要知道同步卫星分别和两人之间的距离，当两人都站在同步卫星的正下方时，电磁波经同步卫星传播的距离最短，需时最少.‎ 设卫星的质量为m，距地面高度为h，同步卫星的角速度和地球自转的角速度相同.‎ 由牛顿第二定律得：‎ mω2（R+h）=Gh=-R ‎=km-6.4×‎‎106 km ‎=3.58×‎‎104 km 无线电传播的最短路程为 s=4h=3.58×107×‎4 m=1.43×‎‎108 m 传播的最短时间为 t=×108 s=0.477 s.‎ 答案：0.477 s 绿色通道 只要找到电磁波的传播途径就易求出时间.‎ 变式训练 ‎2．波长为0.6 μm的红光，从‎10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间，这个距离是波长的多少倍？‎ 解析：由速度公式x=vt可求得.t==s=3.33×10-8 s n===1.6×107‎ 所以灯光传到眼睛时，大约需要3.33×10-8 s，这个距离是波长的1.6×107倍.‎ 答案：3.33×10-8 s 1.6×107倍 ‎【例题3】一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 μs，两次发射的时间间隔为100 μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图‎3-3-1‎所示，已知图中刻度ab=bc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？‎ 图‎3-3-1‎ 解析：图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab=bc，可知无线电波发射到返回所用时间为50 μs.‎ 设雷达离障碍物的距离为s，无线电波来回时间为t，波速为c，‎ 由2s=ct得s==7.5×‎103 m.‎ 答案：7.5×‎‎103 m 绿色通道 在荧光屏上根据波幅很容易区分发射波和反射波，根据两个尖形波距离，可直接从荧光屏上的刻度读出障碍物的距离.‎ 若障碍物是运动的物体，从发射到接收到信号的时间间隔会发生变化，从给出的数据还可计算出物体运动的速度，例如高速公路上的测速仪就是利用此原理测速的.‎ 变式训练 ‎3．雷达是用来对目标进行定位的现代化定位系统.海豚也具有完善的声呐系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，远远优于现代化的无线电系统.‎ ‎（1）海豚的定位是利用了自身发射的（ ）‎ A.电磁 B.红外线 C.次声波 D.超声波 ‎（2）雷达的定位是利用自身发射的（ ）‎ A.电磁波 B.红外线 C.次声波 D.光线 解析：（1）海豚能发射超声波，它是一种频率高于2×104 Hz的声波，它的波长非常短，因而能定向发射，而且在水中传播时因能量损失小，要比无线电波和光波传得远.海豚就是靠自身发出的超声波的回声在混浊的水里准确确定远处的小鱼位置而猛冲过去吞食，选D.‎ ‎（2）雷达是一个电磁波的发射和接收系统，因而是靠发射电磁波来定位的，选A.‎ 答案：（1）D （2）A ‎4．某高速公路自动测速仪装置如图‎3-3-2‎所示，雷达向汽车驶来方向发射不连续的电磁波，每次发射时间约为百万分之一秒，两次发射时间间隔为t.当雷达向汽车发射无线电波时，在指示器荧光屏上呈现出一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波.根据两个波的距离，可以计算出汽车距雷达距离，根据自动打下纸带如图3-3-3所示，可求出该汽车的车速，请根据给出的t1、t2、t、c求出汽车车速表达式.‎ ‎ ‎ 图‎3-3-2‎ 图3-3-3‎ 解析：根据题图所示第一次测量时汽车距雷达距离s1=；第二次测量时汽车距雷达距离s2=.两次发射时间间隔为t，则汽车的速度v=.‎ 注：这里边有一个微小的误差，即t不是两个位置的时间差，准确值应是t+，但与相差不大，对v的计算结果影响很小可略去不计，所以采用上式已经够精确的了.‎ 答案：v=‎ 体验探究 ‎【问题】数字变频技术在当今家电领域被大量应用，了解这一高新技术，并结合生活，体会社会的飞速发展.‎ 导思：可查阅相关资料进行了解.‎ 探究：20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件，首先是功率MOSFET（半导体场效应管）的问世，而后是绝缘门极双极晶体管（IGBT）的出现，使得变频技术更加成熟，它的主要原理是低频电压通过整流器变成固定的直流电压，然后由大功率晶体管MOSFET或IGBT组成的高频变化器，将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出，电源输出波形近似于正弦波，用于驱动交流异步电动机实现无级调速或再进行可控制整流，得到可调的直流电压，实现特制的直流电动机无级调速.现代调频技术往往由数字信号控制和处理，这就是数字调频技术.调频技术和数字信号处理技术的日趋完善成熟，显示出越来越多的优点，便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于软件包调试和遥感调测，也便于自诊断、容错等技术的植入.实现了用电设备高效节材节能，性能更加完善可靠，使用电设备向小型轻量化、机电一体化和智能化方向发展.‎ 数字变频技术当今在家电领域也被大量应用，形成了我们已经非常熟悉的变频家电系列产品.‎ ‎“数字变频技术”彩电是刚刚出现的变频家电，它采用数字变频技术，运用动态帧/行扫描速度转换，将电视台发送的隔行扫描信号转换为逐行扫描信号显示，并将场频从50 Hz提高到75 Hz.这一与HDTV高清晰度数字电视完全相同的逐行扫描方式，彻底消除了传统隔行扫描电视和普通倍频彩电的线间抖动和行扫描结构线，消除了大面积闪烁，使图像柔润细腻.‎ 教材链接 ‎1.移动电话的工作原理（课本第61页）‎ 每个移动电话都是一个电磁波发射器，它通过电磁波把讲话的信息发射到空中，同时它又是一个电磁波接收器，在空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息.‎ 移动电话的发射功率不大，它的天线也简单，灵敏度不高.因此，它与其他用户的通话要靠较大的固定天线电台转接.这种固定的电台叫做基地台或基站.在城市中，移动通信基地台的天线都建在高大的建筑物上.‎ ‎2.电视的原理（课本第61页）‎ ‎（1）电视实现了景象（包括伴音）的传送，担当着图像（包括伴音）信号的发射、接收和还原的任务.‎ ‎（2）电视信号的发送 在电视发射端，用摄像管将光信号转换为电信号，对高频振荡进行调制，然后通过天线把带有信号的电磁波发射出去.‎ 在电视发射端，还同时发射伴音信号.‎ ‎（3）电视信号的接收 在电视的接收端，通过调谐、检波将电信号送到显像管，由显像管将电信号还原成图像.在电视的接收端，还同时将伴音信号还原成声音.‎ ‎（4）电视传递的是活动影像 摄像机每秒要传送25张画面，电视接收机也以相同的速率在荧光屏上显现这些画面，由于画面更换迅速和视觉暂留，我们感觉到的便是活动影像.‎