第21章

電磁波及其應用

單元復習與提高本章知識思維導圖電磁波及其應用電磁波的海洋電磁波的產(chǎn)生迅速變化的電流傳遞各種信息電磁波的傳播速度C=3×108m/s頻率單位：Hz電磁波大家族廣播、電視和移動通信衛(wèi)星通信和光纖通信移動電話：既是無線電發(fā)射臺又是接收臺.無線電廣播電視移動通信發(fā)射：話筒→調(diào)制器→發(fā)射天線.接收：接收天線→選臺和解調(diào)→揚聲器.圖像發(fā)射：攝像機→發(fā)射機→發(fā)射天線.圖像接收：接收天線→接收機→顯示器.①激光：頻率單一、方向高度集中.②是利用激光在光導纖維中傳輸信息的一種通信方式.①利用通信衛(wèi)星做微波通信的中繼站來進行通信的方式叫衛(wèi)星通信。三顆同步衛(wèi)星幾乎可實現(xiàn)全球通信.②組成：同步通信衛(wèi)星、地面站和傳輸系統(tǒng).衛(wèi)星通信光纖通信第一節(jié)電磁波的海洋一、電磁波是怎樣產(chǎn)生的1.電磁波的產(chǎn)生與水波、聲波的形成相似，導線中_____的迅速變化會在空間激起（產(chǎn)生）電磁波。2.電磁波傳遞信息廣播電臺、電視臺以及移動電話靠復雜的電子線路來產(chǎn)生迅速變化的

，發(fā)出電磁波。雖然電磁波看不見、摸不到，但它確實可以給我們傳遞各種信息。二、電磁波是怎樣傳播的1.波長、頻率、波速電流電流（1）波長在一列波的傳播中，凸起的最高處叫做波峰；凹下的最低處叫做波谷。鄰近兩個波峰（或波谷）之間的距離叫做_______，用λ表示。單位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。（2）頻率波在1秒內(nèi)傳播波長的個數(shù)叫做波的______，用字母f表示。單位：赫茲（Hz）、千赫（kHz）、兆赫（MHz）（3）波速用來描述波傳播快慢的物理量叫做

，用字母v表示。單位：米/秒（m/s）波長頻率波速（4）波長、頻率與波速間的關(guān)系波速=波長×頻率v=λf2.電磁波的傳播電磁波的傳播

介質(zhì)，電磁波

在真空中傳播.3.描述電磁波的物理量（1）電磁波的波速（電磁波波速不變）真空中電磁波的波速為c，其數(shù)值大約為30萬千米每秒（等于光速）。c=2.99792458×108m/s=3.0×108m/s（2）電磁波的頻率電磁波頻率的單位是赫茲（Hz）。因為通常電磁波的頻率都很高，所以常用的單位還有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。不需要能夠4.電磁波大家族（1）電磁波家族電磁波有無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。各種光和射線都是波長不同的電磁波。（2）無線電波：電磁波中用于廣播、電視和移動電話的是頻率為數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫的那一部分。波長從幾毫米到幾千米，通常把無線電波分成幾個波段：長波、中波、短波、微波等。（3）電磁波的應用①無線電波：用于廣播、電視和移動電話。②紅外線：家電的遙控器。③微波：可用來加熱食品。④紫外線：可用來滅菌、驗鈔。⑤X射線：醫(yī)學上用來做透視檢查。⑥γ射線：可用來金屬探傷。例1：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位導航。衛(wèi)星導航利用的媒介是（）A．超聲波 B．電磁波 C．電流D．次聲波B5.射電望遠鏡：可以接受宇宙中的星體輻射的微弱電磁波。宇宙中存在的電磁波覆蓋了整個電磁波段。我們除了可以在可見光波段用光學望遠鏡觀測天體外，還可以在無線電波段觀測天體。在“天眼之父”南仁東的帶領(lǐng)下，我國建成了世界上最大的500m口徑球面射電望遠鏡，仰望星空，我們正在探索著宇宙的奧秘。6.微波爐電磁波除了用于通信外，還有很多別的應用。比如，我們生活中常常見到的微波爐，就是用電磁波來加熱食品的。微波爐內(nèi)有很強的電磁波，它的波長很短，所以叫做微波。食物的分子在微波的作用下劇烈振動，使得內(nèi)能增加，溫度升高。由于電磁波可以深入食物內(nèi)部，所以用微波爐燒飯時食物的內(nèi)部和外部幾乎同時變熟，省時、省電。例2：在無線電通信過程中，下述說法正確的是（）A．電磁波的波速等于波長乘頻率B．電磁波的傳播速度一定等于3×108m/sC．電磁波的波長跟它的頻率成正比D．無線電廣播用的電磁波是長波和微波A第2節(jié)廣播、電視和移動通信一、無線電廣播信號的發(fā)射和接收1.信號的發(fā)射——廣播電臺完成主要由三部分組成：

、

、

。無線電廣播信號的發(fā)射由廣播電臺完成。話筒把播音員的聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后用調(diào)制器把音頻電信號加載到高頻電流上，再通過天線產(chǎn)生電磁波發(fā)射到空中。2.信號的接收——收音機完成（1）選臺為接收在空間傳播的無線電波，收音機使用天線進行接收。但由于天天線話筒調(diào)制器線沒有選擇性，能接收傳播過來的所有電磁波，如把天線接收的電磁波全部變成聲音，那只是一片嘈雜聲，什么也聽不清。利用收音機的___________，可以選出我們需要的某一頻率的電磁波，這一過程叫做選臺（調(diào)諧）。成分，需要通過“_______”將其濾去，把音頻信號留下。（2）解調(diào)由調(diào)諧器選出的信號含有高頻電流調(diào)諧器解調(diào)器（3）放大把音頻信號放大后送到揚聲器里，這一過程叫做放大。（4）揚聲器把音頻信號轉(zhuǎn)換為聲音信號。3.電磁波的發(fā)射和接收電磁波的發(fā)射與接收可以用下列數(shù)字化實驗設備來直觀地顯現(xiàn)。如圖所示，電磁波發(fā)射器可以發(fā)射不同頻率的電磁波，接收器接收到電磁波信號后，傳感器、采集器將電磁波信號輸入計算機，我們就可以在計算機屏幕上觀察到電磁波信號。連接好裝置，把發(fā)射器置于某一波形擋，觀察電磁波的波形。轉(zhuǎn)動發(fā)射器上的旋鈕，改變發(fā)射器發(fā)出的電磁波的頻率，觀察信號的變化。二、電視的發(fā)射和接收1.電視信號的發(fā)射攝像機把圖像信號變成______信號，發(fā)射機把電信號加載到頻率很高的電流上，通過發(fā)射天線發(fā)射到空中。電2.電視信號的接收電視機的接收天線把高頻信號接收通過電視機把信號取出并放大，由顯示器把它還原成圖像。由電視臺完成三、移動通信信號的發(fā)射和接收手機既是無線電發(fā)射臺又是無線電接收臺：它用電磁波把講話的信息發(fā)射到空中，同時它又在空中捕獲電磁波，得到對方講話的信息。手機的體積很小，發(fā)射功率不大；它的天線也很簡單，靈敏度不高。因此，它跟其他用戶的通話要靠較大的固定無線電臺轉(zhuǎn)接。這種固定的電臺叫作基站。手機可以使你很方便地跟朋友通話，無論你的朋友在附近，還是遠在別的國家。廣播、電視、移動電話信號傳遞的異同第3節(jié)衛(wèi)星通信和光纖通信一、微波通信1.傳輸信息與頻率的關(guān)系信息理論表明，作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮絖____。因此，現(xiàn)代通信技術(shù)所采用的頻率越來越高，微波通信就是其中應用較廣泛的一種。2.微波（1）波長和頻率范圍：微波波長在10m~1mm之間，頻率30MHz~3×105MHz之間。多直線（2）性質(zhì)微波的性質(zhì)接近光波，大致沿____傳播，不能沿地球表面繞射。3.微波通信（1）概念：利用

進行的通信稱為微波通信。（2）微波中繼站：微波大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射。因此必須每隔

km左右就要建設一個中繼站，可以把上一站傳來的微波信號經(jīng)過接收、放大處理后，再發(fā)射到下一站去。（3）微波通信的優(yōu)點：頻率高，傳輸信息的容量大；質(zhì)量好，傳送距離遠；大致沿直線傳播，受大氣干擾小，能量損耗小，收到的信號強且穩(wěn)定。微波50二、衛(wèi)星通信1.衛(wèi)星通信的概念利用

衛(wèi)星做微波通信的中繼站進行通信的方式叫衛(wèi)星通信。造衛(wèi)星，距地球約36000km，衛(wèi)星的運行方向與地球的

方向相同、運動周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時間

，所以叫做“同步通信衛(wèi)星”。2.同步通信地球同步衛(wèi)星就是地球同步軌道衛(wèi)星，是運行在地球同步軌道上的人自轉(zhuǎn)相同（4）微波通信的缺點：需要大量中繼站進行信號傳遞。在遇到雪山、大洋，根本無法建設中繼站時，微波通信幾乎無法繼續(xù)。通信3.全球通信在地球周圍均勻地配置

顆通信衛(wèi)星，就可以覆蓋幾乎全部的地球表面，實現(xiàn)全球通信。4.衛(wèi)星通信的組成與原理由通信衛(wèi)星、地面站和傳輸系統(tǒng)三部分組成。衛(wèi)星通信的工作原理是將衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空36000km處的對地

軌道上，利用衛(wèi)星上的通信轉(zhuǎn)發(fā)器接收由地面站發(fā)射的信號，并對信號進行放大變頻后轉(zhuǎn)發(fā)給其他地面站，從而完成兩個地面站之間的傳輸。三靜止5.衛(wèi)星通信特點通信范圍大，只要在衛(wèi)星發(fā)射的電磁波覆蓋的范圍內(nèi)均可進行通信；不易受陸地災害影響；易于實現(xiàn)廣播和多址通信。6.中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎(chǔ)設施。

三、光纖通信1.激光（1）激光的概念：頻率單一、方向

集中的光叫激光。高速公路”要比短波、微波的“公路”寬出百萬倍、千萬倍。（2）激光通信容量更大我們已經(jīng)知道，電磁波的傳播速度

光速，實際上光也是一種電磁波。與微波相比，光的頻率更高。如果用光來通信，這條“2.光導纖維（1）光導纖維簡稱

，是一種非常細的玻璃絲，激光可在光纖里傳播，不受外界干擾。（2）光導纖維傳光原理高度等于光纖光導纖維傳播激光的原理是____________。攜帶信息的激光從光導纖維的一端射入，在光纖內(nèi)部傳播時，發(fā)生的是全反射，在內(nèi)壁上多次反射，從另一端射出，這樣就把它攜帶的信息傳到了遠方。光的全反射攜帶的信息隨激光射出攜帶信息的激光射入光導纖維3.光纖通信光纖通信是利用

在光導纖維中傳輸信息的一種通信方式。由于光的頻率很高，在一定時間內(nèi)可以傳輸大量信息。4.光纖通信的優(yōu)點（1）傳輸頻帶極寬，通信容量很大；（2）光纖衰減小，無中繼設備，（3）不受電磁干擾，通信質(zhì)量高，保密性好。傳輸距離遠；激光提出用光纖通信的構(gòu)想，并得以實現(xiàn)，高錕被譽為“光纖之父”。5.光纖通訊技術(shù)的發(fā)展1960年，美國物理學家西奧多·梅曼制成了世界上第一臺紅寶石激光器。1966年，華裔物理學家高錕我國光纖通信的發(fā)展十分迅速，光纜可以通達幾乎所有地區(qū)，而且還與其他國家合作修建了跨越太平洋的海底光纜。隨著互聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡的建設，物聯(lián)網(wǎng)等新應用的不斷涌現(xiàn)，光纖通信將迎來更廣闊的發(fā)展空間。太平洋海底光纜除了通信，激光還有許多其他應用。激光束的

性特別好，在傳播很遠的距離后

保持一定的強度。激光的這個特點，使它可以用來進行

的測距。對準目標發(fā)出一個極短的激光脈沖，測量發(fā)射脈沖和收到反射脈沖的時間間隔，就可以求出與目標的距離。激光測距雷達就是根據(jù)這個原理制成的。6.激光的應用激光還有一個特點是亮