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19.1 最快的“信使”
第十九章 电磁波与信息时代
引入新课
电报和有线电话都是靠电流来传递信息的，必须在信息的收发之间铺设电线，让电流流过，可这样的结果是世界将布满电线。能让信息不受任何阻挡地传递吗？飞机上的飞行员与地面指挥员的对话，不用电线；我们每天看电视、玩手机，也没用电线，可见这些都不是用电线来传播电信号的，我们称之为无线电通信，那么无线电通信是怎样传输信号的呢？信息是怎样飞起来的呢？今天我们就来学习关于电磁波的相关知识。
思想方法
设疑法是一种比较好的学习方法,学习过程从生疑(设疑)、质疑、释疑到再生疑,善于发掘学习的兴趣,从而培养学习的主动性。
知识点
电磁波的产生
知1－讲
1
1. 体验电磁波
设计并进行实验 实验现象 实验现象分析
取一台中波收音机，用调谐旋钮将指针调到没有电台的位置，并将音量放大，然后将这台收音机贴近一个调光台灯，旋动台灯调光旋钮，使灯光亮度变化 收音机立即发出持续的“咯、咯”声 旋转台灯的调光旋钮时，台灯中的电流大小发生变化，按动手电筒的开关时，手电筒中的电流时有时无，电流大小也发生了变化，收音机发出声音表明收音机接收到了电磁波，电磁波是由变化的电流产生的
打开收音机开关，用调谐旋钮将指针调到没有电台的位置，并将音量放大，改用一只手电筒，靠近收音机，一下一下地按动手电筒的开关 在一下一下地按动开关的过程中，收音机会发出“咯、咯”声
知1－讲
2. 电磁波的产生
当导体中的电流发生变化时，导体就会向四周发射一种波。在物理学中，把这种“波”叫做电磁波。即变化的电流能在其周围空间产生电磁波。
注意：导体中有电流不一定产生电磁波，只有当电流大小或方向迅速变化时才会产生电磁波。
导体中的电流恒定时，不会产生电磁波。
知1－讲
3. 知识延伸：振荡电流
电流是大量电荷在电路中定向移动形成的，这说明大量电荷在电池的电压作用下，是一阵一阵地从电池的一个极运动到另一个极，这跟海浪一阵一阵地从远处冲向海岸相似。物体振动发出的声音，是通过波动方式向外传播的。那么，电荷在电路中一阵一阵地做冲浪(振动)式运动，是否也会以波动方式向外传播呢？ 1887 年德国物理学家赫兹用实验的方法，证明了电荷在电路中做高速振荡式运动时，会向四周发射一种波，并首先将这种波叫做电磁波。大量电荷在电路中做振荡式运动所形成的电流叫做振荡电流。
知1－讲
收音机接收到电磁波后会发出声音。通过逆向思维法 ，我们推测：当收音机发出声音时，说明收音机接收到了电磁波。
类比法也叫比较类推法，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。
知1－讲
电磁波与水波、声波类比。
振动源 波的形成
水波 水面的振动 通过水使振动向外传播，形成水波
声波 发声体的振动 通过介质使振动向外传播，形成声波
电磁波 导体中快速变化的电流 可以在真空中或介质中通过变化的电场和变化的磁场相互激发，形成电磁波
知1－讲
例 1
下列关于电磁波的说法中，正确的是( )
A. 在方向、大小变化很快的电流周围会产生电磁波
B. 在房间内不开收音机、电视机时，房间内不存在电磁波
C. 声波和电磁波都能在真空中传播
D. 电磁波由电台传到用户，变化的电流也由电台传到用户
A
知1－讲
思路导引：由电磁波产生的原因可知A 正确；人们生活在电磁波的海洋中，即使房间内不开收音机、电视机，电磁波也存在，B错误；声波和电磁波虽然都是波，但它们的传播特点却不相同，声波的传播必须有介质，而电磁波可以在真空中传播，C 错误；电磁波传播的只是变化电流的形式和能量，并不是将电流本身向外辐射，D 错误。
知1－讲
①运用对比法列表区分电磁波和声波
电磁波 声波
产生原因 迅速变化的电流 物体振动
传播过程 不需要介质 需要介质
空气中的速度 3×108 m/s 340 m/s
速度大小 v空气>v水>v 玻璃 v 玻璃>v 水>v 空气
知1－练
1. 小明在家看电视时发现，只要妈妈在旁边使用电吹风，电视机屏幕上就会出现很多“雪花”，电吹风一停，“雪花”也随即消失，这是因为电视机接收到了电吹风产生的( )
A. 超声波 B . 次声波 C . 噪声 D . 电磁波
D
易错提醒
不是所有电流周围都产生电磁波，只有变化的电流周围才产生电磁波。
知2－讲
知识点
电磁波的描述
2
波速(c) 频率(f) 波长(λ)
定义 1 秒内波传播的距离 单位时间内完成
振动的次数 两相邻波峰或波谷间的距离
单位 m/s, 电磁波在真空中传播的速度等于光速， 即c＝3×108 m/s 赫兹(Hz)， 千赫(kHz)、兆赫(MHz)
1 kHz ＝ 103 Hz
1 MHz ＝ 106 Hz 米(m)
知2－讲
波速(c) 频率(f) 波长(λ)
决定
因素 传播介质 振源振动快慢 由波的频率和波的传播速度决定，即由振源和传播的介质决定
单位 在同种介质中， 电磁波的波速一定， 与波长和频率无关； 由c ＝λ f 可知，电磁波的波长与频率成反比，即频率越低，波长越长；反之频率越高，波长越短
知2－讲
注意：
(1)电磁波传播的速度与介质有关，一种确定的电磁波在不同的介质中，波速和波长不同，但它的频率是不变的。
(2)电磁波同声波不同，电磁波在传播过程中可以不需要介质，各种电磁波在真空中的传播速度是一定的，均为3×108 m/s。
由关系式c=λf可知，电磁波的波长与频率成反比。
知2－讲
知识拓展
收音机的表盘上有几排数字，各排数字前有FM、MW、SW等字样，后面还标有kHz、MHz(或m)等符号，你知道这些数字和符号代表什么意思吗？
答：FM表示接收到调频的无线电广播；MW表示接收到中波的无线电广播;SW表示接收到短波的无线电广播；数字及后面的kHz、MHz( 或m)，表示电磁波的频率及单位( 或波长及单位)。
知2－讲
深度理解
●电磁波在空气中的传播速度近似认为与在真空中传播速度相同。
●不能认为电磁波的波速与波长和频率有关，即不能认为波速与波长成正比，与频率成正比。
知2－讲
例2
现代社会，手机已成为人们普遍使用的通信工具，它是利用________ (填“电磁波”或“声波”)来传递信息的。电磁波在真空中的传播速度(c)为 ________m/s。某手机发射的信号频率(f)是1.5×109 Hz，那么信号的波长(λ)为 ______m。
电磁波
3×108
0.2
知2－讲
思路导引：手机是靠发射和接收电磁波来传递信息的；电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即3×108 m/s；手机信号的频率f=1.5×109 Hz，手机信号是电磁波，电磁波的传播速度c=3×108 m/s，手机信号的波长λ = = 0.2m。
知2－讲
②结合公式c=λf，根据数学的运算法则求电磁波的c、λ、f
对于公式c=λf，只要知道波长(或频率)，就可以求另一个未知量。因为电磁波的波速是确定的。若题目问题是求电磁波传播的速度，则可以由记忆检验计算结果是否正确。
知3－讲
知识点
电磁波的应用
3
1. 电磁波谱：按照波长或频率的顺序把电磁波排列起来，就是电磁波谱。如果把每个波段按频率由低至高依次排列，它们是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线及γ 射线。人眼可看到的电磁波的波长在400 nm 至700 nm 之间，称为可见光。
光波实际也是一种电磁波。
知3－讲
知3－讲
2. 电磁波的应用
电磁波种类 应用
无线电波 收音机、电视机
微波 微波炉、微波雷达
红外线 电视机、空调等设备的红外线遥控器；红外线还可以用于取暖器、红外夜视仪、红外热感照相机等
可见光 从红色到紫色的可见光
紫外线 用紫外线灯消毒杀菌，用紫外线还可以验钞
X射线 X 射线透视人体内部情况
γ射线 γ 射线检测金属中的裂纹；医生用γ 射线做脑部手术
知3－讲
知3－讲
知识拓展
电磁污染：
(1) 危害：电磁污染是继大气污染、水质污染、噪声污染之后的第四大公害。电磁污染指的是自然的和人为的各种电磁波干扰和有害的电磁辐射。电磁波能传递信息，但当电磁辐射达到一定强度时，会导致控制系统和信息传输系统失控，还会引起人体许多不适，如头痛、失眠、记忆力衰退等。
知3－讲
(2) 预防：预防电磁污染应注意如下三个方面：a.选择适当位置，尽可能远离人造电磁辐射源，如不要便靠近电视发射装置、高频电缆等。b.安装屏蔽设备。c.要正确使用带有电磁辐射的生活器具，不要意拆开，以免电磁波大量泄漏。
知3－讲
易错提醒
●无线电波是电磁波中的一种，通常会错误地认为电磁波指的是无线电波。
●可见光也是电磁波家族中的一员，不能错误地认为光和电磁波是两种不同的物质。
知3－讲
电磁波家族成员很多，有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线等(如图)。电磁波与人们的生活密不可分，已渗透到我们生活的各个方面。下列说法正确的是( )
例 3
知3－讲
A. 手机利用γ 射线传递信号
B. 微波炉利用电磁波来加热食品
C. 验钞机利用红外线来辨别钞票真伪
D. 遥控器利用紫外线实现对电视机遥控
【答案】B
知3－讲
思路导引：手机是利用微波来传递信号的，故A 错误；微波炉是用微波来加热食品的，微波属于电磁波，故B 正确；紫外线能使荧光物质发光，所以验钞机是利用紫外线来辨别钞票真伪的，故C 错误；电视机的遥控器是利用红外线来工作的，故D 错误。
知3－讲
③根据“电磁波特性与频率的关系”记忆各种电磁波的应用
(1)高频率电磁波的应用
(2)低频率电磁波的应用
最快的“信使”
电磁波
产生
分类
应用
传播
最快的“信使”
1. 电磁波与光波：光波其实也是电磁波。
2. 电磁波与声波：
(1)声波的传播需要介质，电磁波的传播不需要介质。
(2)空气中声音的速度约为340 m/s，电磁波的速度约
为3×108 m/s。

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