6-2电磁波和无线电通信

感悟固定电话之间有电话线连接着，信息是由电流通过电话线传递的移动电话之间没有电话线连接，它是靠什么传递信息的？电磁波6-2电磁波和无线电通信奥斯特电流的磁效应法拉第电磁感应现象英国物理学家经典电磁理论的奠基人。1831年6月13日出生于爱丁堡。15岁那年他的一篇关于卵形曲线画法的论文发表在《爱丁堡皇家学会会刊》上，比笛卡尔的方法还简便。16岁进入爱丁堡大学听课，专攻数学，很重视实验。19岁考入剑桥大学，23岁以优异的成绩毕业，并留校工作。29岁起任伦敦皇家学院物理学和天文学教授。1871年起负责筹划卡文迪许实验室。1879年因癌症逝世，终年48岁。麦克斯韦一、麦克斯韦的电磁场理论——伟大的预言C.想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？A.线圈中产生感应电流说明了什么？麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。•1、变化的磁场产生电场•如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电流使灯泡发光。B.如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？•有电场、无电流•有！电磁场•麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……。可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。2．变化的电场产生磁场既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能够在空间产生磁场？二、电磁波变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。电磁波的波形图波峰波谷两个波峰（或波谷）之间的距离叫波长，用字母λ表示，单位：m导体内每秒电流变化的次数叫频率，用字母f表示，单位：Hz不同频率（或不同波长）的电磁波的传播速度都相同频率大的电磁波的波长短波速、波长、频率2、电磁波的特点1）电磁波是横波E⊥B⊥V2)计算满足：v=λ/T=λf4)电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介C3）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c=3×108m/s6）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象。7）电磁波有能量。5)不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，v越小；f越低，v越大三．赫兹的电火花•1、麦克斯韦英年早逝，没有见到科学实验对电磁场理论的证明。把天才的预言变成世人公认的真理，这是赫兹的功劳。3、赫兹用实验证实电磁波的存在：令人振奋的电火花1）观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.2）还测量出光的λ和f，算出电磁波和光有相同的速度.3）奠定了无线电技术基础赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波木杆在水面的上下振动,通过水使振动向外传播形成水波人说话时声带振动，通过空气（介质）使振动向外传播形成声波。水波、声波、电磁波振动源波的形成水波水面的上下振动通过水使振动向外传播形成水波声波发声体的往复振动通过空气振动向外传播形成声波电磁波导体中有方向、大小迅速变化的电流通过电磁波向外传播4.电磁波与机械波比较：1）传播条件：2）传播规律：3）传播本质：4）产生本质不同：机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质也能传播。都遵循“V=λf=λ/T”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。机械波是机械振动产生，电磁波是电磁振荡产生。可见光（赤橙黄绿蓝靛紫）红外线无线电波紫外线X射线和γ射线（700nmλ400nm）（400nmλ5nm）λ小大（1mmλ700nm）（λ1mm）（5nmλ）四、电磁波家族波长不断减小，频率不断增大。红外线是一种光波，λ比无线电波短，比可见光长。所有物体都辐射红外线。主要作用是热作用。人眼看不见红外线。利用红外线测量体温红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感；红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感红外线技术的应用注意:烤箱中的红光,不是红外线,红外线是看不见的.利用红外线检测人体的健康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域．红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨靠近香港时,中心的风眼清晰可见．无线电波λ＞1㎜的电磁波。用通信和广播。微波炉用的也是无线电波。电视塔能发射无线电波利用微波加热微波炉可产生很强的电磁波（微波），食物的分子在微波的作用下剧烈振动，使得内能增加，温度升高微波炉中不能使用金属容器，因为微波能在金属中产生强大电流，会损坏微波炉微波炉微波炉的外壳是金属壳，炉门的玻璃上有金属网，因为金属网有对电磁波屏蔽作用，可以保证电磁波的泄露不会超过允许值紫外线波长范围在5---400nm的电磁波是紫外线。紫外线具有较高的能量。紫外线消毒紫外线验钞紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消毒；X射线和γ射线波长比紫外线更短的电磁波就是X射线和γ射线X射线和γ射线的波长很短，具有很强的穿透性。伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷；γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手术．电场是电荷周围客观存在的物质磁场时客观存在的物质电磁波是客观存在的物质电磁波具有能量歼20战斗机歼20战斗机是我国第五代战斗机，它的特点之一是具有“隐形”功能，雷达不能发现它你知道它的形状和材料有什么特征吗？形状特征：能将雷达发射来的电磁波反射到其它方向材料特征：能吸收电磁波，减少对电磁波的反射五、微波通信请你用一个简单的实验证明电磁波的存在？Eg.当打开日光灯时，会在附近的收音机中听到杂音，这杂音就是电路通断时形成时断时续的电流，在周围空间激发出电磁波被收音机接受而产生的1、无线电波的划分及应用波段波长频率主要用途长波3×104～3×103m10～102kHz超远程通信中波3×103～2×102m102～1.5×103kHz无线电广播电报中短波2×102～50m1.5×103～6×103kHz短波50～10m6×103～30×103kHz微波10～10-3m3×104～3×108kHz电视、宇航通信振荡电路声音信号高频振荡电流调频2、电磁波的发射调频：使电磁波的频率随信号改变，这种调制方式叫做调频。用FM表示。要有效发射电磁波，振荡电路必须满足两个条件：⑴振荡频率足够高⑵电场和磁场尽可能分布到较大的空间3.无线电波的传播方式：长波短波微波微波中波中短波超短波超短波长波容易被电离层吸收；短波容易被电离层反射；微波容易穿过电离层。短波微波:频率很高；直线传播。微波信号调制发射调谐电路输出电磁波发射和接受流程图电磁波的发射电磁波的接收高频振荡电流检波（解调）传播练习1.当导体中有______时，在它的周围空间就会产生______。2．电磁波在真空中的传播速度等于______m/s，这个速度与______在真空中的传播速度相同。3．频率的基本单位是Hz，1MHz=______kHz=______Hz。4．我国1-12电视频道的波长范围是1.37-5.71m，那么它们频率的范围应是______-______MHz。5．波长为300m的电磁波属于[]A．长波B．中波C．短波D．微波迅速变化的电流电磁波3×108光10310653218.5B小结一、电磁波1、电磁波的产生与电磁场有关2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线三、电磁波有能量，电磁波是一种物质。课堂练习1.关于电磁波的说法中正确的（）A、电磁波只能在真空中传播。B、波长不同的电磁波的速度不同。C、电磁波是沿某一特定方向向空间远处传播的。D、变化的电流在周围的空间产生电磁波。2、听收音机时，偶尔会听到里面有杂音，产生这一现象的原因不可能的是（）A.旁边台灯打开的瞬间B.附近的电焊机在工作C.雷雨天闪电发生时D.有人在用电烙铁焊接电器元件课堂练习3、3G时代的到来，将使我们可以使用3G手机随时随地进行无线网络登录。对于手机无线上网，下列说法正确的是【】A.使用电磁波传输数字信号B.使用电磁波传输模拟信号c.使用超声波传输数字信号D.使用红外线传输模拟信号课堂练习4、下列设备的运行与电磁波无关的是（）A.“嫦娥一号”接收地面指挥中心的运行指令B.汽车上安装有GPS（全球卫星定位系统）以C.在汶川大地震发生后，救灾人员利用卫星电话恢复了与外界的通讯联系D.医院里，医生利用B超可观察到母体内的婴儿情况课堂练习5、任何电磁波在真空中都具有相同的（）(A)频率(B)波长(C)波速(D)能量C