2019-2020学年高中物理 第4章 电磁波与现代通信 1 电磁波的发现 2 无线电波与现代通信课

第4章电磁波与现代通信4．1电磁波的发现4．2无线电波与现代通信第4章电磁波与现代通信1．了解电磁波的发现历程，知道电磁波有哪些特点．2．知道电磁波谱及其在生产、生活中的应用．3．了解人类通信的历程，了解并体会通信技术的迅速发展对经济、社会发展的推动作用，及对生产、生活的影响．4．知道常见的通信方式的基本特征，了解它们各自的用途．5．知道无线电波的发射与接收环节．一、发现电磁波的历程1．麦克斯韦的天才预见1865年，麦克斯韦建立的电磁场理论，预言了_______的存在，并推算出电磁波的传播速度等于_____．他认为光是一种按照电磁规律在空间传播的电磁扰动．电磁波光速2．赫兹实验在麦克斯韦建立电磁场理论后20多年，年轻的德国物理学家_____第一次用实验证实了电磁波的存在．他还测定了电磁波的波长、频率，得到电磁波的传播速度，证实了这个速度等于光速．还进一步证明，电磁波和其他的波一样，能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等．赫兹二、认识电磁波1．什么是电磁波：由麦克斯韦的电磁理论可知，任何带电体振荡时，都会产生一个变化的电场，这个变化的电场会激发一个_____，变化的磁场又会激发一个_____．电场→磁场→电场→磁场…如此反复，在带电体周围就会形成一个交替变化的电磁场，也叫__________．电磁场向四周空间由近及远地传播，形成了_______．磁场电场电磁振荡电磁波2．电磁波的特点(1)电磁波是_____．电磁波的电场E的方向和磁场B的方向相互垂直，电磁波则在与两者均垂直的方向上传播．(2)电磁波的传播不需要水或空气等介质，它可在_____中传播．(3)电磁波在真空中传播的速度等于光在真空中的传播速度c，约为3．0×108m/s．横波真空(4)电磁波具有波的一般特征，其波长λ，频率ν、波速c之间的关系是__________．(5)电磁波和其他波一样，具有_____．c＝λν能量3．电磁波王国(1)把各种电磁波按波长或频率的大小顺序排列起来，组成了电磁波谱．(2)电磁波按用途划分为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线这六个波段．电磁波的频率越高，它的波长就越短．三、无线通信百年回眸1．1837年，_______发明了电报，1876年，贝尔发明了电话，1901年，马可尼成功实现了横跨大西洋的无线通信．2．_______的诞生使电子学发生了根本性的变化．3．集成电路是把各种电子元器件和电子线路都集中固定在同一块硅芯片上，使它们形成一个完整的微型电路．具有整个电路的功能．莫尔斯晶体管四、无线电波的发射与接收1．电磁波谱的无线电波段主要用于无线通信．无线电波的波长从几毫米到几十千米，通常分为_____、_____、_____、_____等几个波段．2．用无线电波传播声音及其他信号，需要解决两个问题：一是将__________转换成_______；二是要提高__________________．长波中波短波微波声音信号电信号电信号的传播距离3．人们将声音转换成音频电信号，再利用调制电路将它加载到高频电磁波上，并经过放大后发射出去．由天线发射出的无线电波向四面八方传播，在传播途中，遇到接收天线(导体)，就会在接收回路中产生频率相同的感应电流．接收机通过_____电路，选择所需要频率的电波．经过_____电路将载波与音频信号分开，把音频信号放大并通过扬声器播放出来，这就是我们听到的电台广播．调谐检波五、有线无线交相辉映1．微波通信：一般指地面微波中继通信，它是靠_______来实现微波信号远距离传输的．微波的传播只能采用空间波传播的方式．微波通信具有通信容量大、传输稳定、抗灾能力强等优点．2．卫星通信：卫星通信是用__________作为中继站来转发微波信号，从而实现远距离通信的，通信卫星系统由卫星和卫星____________组成．3颗等距离__________就能实现全球覆盖．中继站通信卫星通信地球站通信卫星3．光纤通信：激光具有频率高、颜色纯、方向性好等特点．它是进行_____通信的理想光源．而传播光的媒质是__________(简称光纤)．有了光纤，光的传输不再在大气层中进行，从而实现了光纤通信．它具有频带宽、容量大、中继距离长、抗干扰性好、保密性强、成本低、传输质量高等许多优点．4．全反射现象：当光从水中射入空气时，入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光的现象．光纤光导纤维一、描述电磁波的物理量1．波长λ：电磁波在一个周期传播的距离等于一个波长．2．频率ν：单位时间内完成全振动的次数叫做频率．3．波速：电磁波的传播速度等于光速，c＝3．0×108m/s．4．波长、波速和频率间的关系公式：c＝λν．二、电磁波谱的认识如图所示是按波长由长到短(频率由小到大)顺序排列的电磁波谱．在电磁波谱中，可见光只是其中很窄的一个波段．由于它们都是本质上相同的电磁波，所以它们的行为都服从共同的规律，但另一方面，由于它们的频率不同而又出现不同的特性．例如，波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射现象，但对波长较短的可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线，要观察到它们的干涉、衍射现象就越来越困难了．三、电磁波的特点1．电磁波是物质波，传播时不需要介质，能在真空中传播．2．电磁波是横波，电场方向与磁场方向都跟传播方向垂直(如图所示)．3．电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象．4．电磁波具有波的特性，能产生干涉、衍射等现象．5．电磁波可以脱离“波源”独立存在．四、无线电波的发射与接收1．发射2．接收题型1对电磁波谱的理解观察下图，回答下列问题．(1)波长最长的、最短的电磁波各是什么？(2)按照波长由大到小的顺序排列，电磁波可以划分为哪几种？按照频率由大到小的顺序又是怎样呢？(3)无线电波按照波长由小到大的顺序又可以划分为哪几种？(4)试举例说明各种电磁波应用的代表性仪器或者符号标志．[解析](1)由电磁波谱可知波长最长的是无线电波，波长最短的是γ射线．(2)按照波长由大到小可以划分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．按照频率由大到小的顺序是γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波．(3)可分为微波、短波、中短波、中波和长波．(4)长波、中波、短波应用的代表性仪器有收音机、广播电台等；微波的有电视、微波炉等；红外线的有红外线遥感、红外线烤箱等；可见光只占电磁波谱中很小的一部分；紫外线的有紫外线消毒柜、黑光灯等；X射线的有“CT”机、X射线透视器等；γ射线的有放射性标志和γ射线探伤等．[答案]见解析1．以下关于电磁波谱的理解正确的是()A．红外线的波长比紫外线的波长短B．可见光不属于电磁波C．无线电波的波长比γ射线波长要长D．无线电波的波长大于1mm解析：选CD．按照波长由小到大的顺序排列，电磁波可划分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波，而波长大于1mm的电磁波属于无线电波．所以C、D正确．题型2关于电磁波的计算家用微波炉是利用电磁波进行工作的．已知它使用频率为2000MHz的电磁波，它在真空中的波长是多少？[解析]λ＝cν＝3×1082000×106m＝0．15m．[答案]0．15m2．某广播电台发射的电磁波的波长是50m，则它的频率是多少？解析：ν＝cλ＝3×10850Hz＝6×106Hz．答案：6×106Hz题型3对无线电波的综合考查下列说法中正确的是()A．无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波B．无线电波在真空中的波长范围从几毫米到几十千米C．无线电波的频率越低越容易发射D．发射无线电波的目的是向远处传递电能[思路点拨]要有效发射电磁波，必须使电磁波有足够高的频率，并有开放电路．[解析]无线电波在电磁波谱中波长最长，其波长范围是几毫米到几十千米，所以A、B正确．发射无线电波的条件是：一、频率足够高；二、有开放电路，所以C错．发射无线电波的目的是向远处传递信号，D错．[答案]AB因为形成了“电磁波具有能量”的认识，就认为发射电磁波是为了传递电能，造成错选D．