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第2节 电磁波的应用
第二十章 电磁波与信息时代
电磁波是个有较多成员的大家庭，不同的成员有哪些典型的不同特点？它们在生产生活中有哪些重要应用？
本节我们将学习常见的电磁波的应用。
1.知道电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响。
2.了解无线电波、微波等不同区间的电磁波的应用。
1. 无线电波的特点与分类
观察思考：在下面的电磁波谱中，谁的的波长最长，频率最低？
知识点一、无线电波与广播电视
无线电波波长最长，频率最低，被广泛用于长距离传送声音、图文等信号。无线电波的波长范围非常广，可分为多个波段。
频带 名称 频率范围 ν /Hz 波段名称 波长范围 λ /m 用　途
低 频 3×104 ～3×105 长 波 104 ～ 103 越洋长距离通信和导航
中 频 3×105～ 3×106 中 波 103 ～ 102 无线电广播
高 频 3×106～ 3×107 短 波 102～ 10 无线电广播、电报通信
甚高频 3×107～3×108 米 波 10 ～ 1 调频无线电广播
特高频 3×108～3×109 分米波 1 ～ 10-1 航空无线定位、无线电导航
超高频 3×109 3×1010 厘米波 10-1 ～10-2 电视广播
无线电波的分类及用途(部分)
2. 低频无线电波
低频无线电波适用于长距离无线电通信，要实现更远距离的传播，则需要利用地面转播站；
高频无线电波则被电离层反射，从而传播到更远的地方。
地球表面
地面站A
地面波
地面站B
电离层
高频无线电波
地面
站C
无线电波在地球表面的传播示意图
3. 中、高频无线电波
（1）调幅：无线电波的振幅根据所传送的声音信号而变化，这种信号调制方式称为振幅调制，简称调幅。适用于中、高频无线电波，覆盖范围广但音质一般。
调幅波
（2）调频：高频电磁波的频率依据所需传送的声音信号而变化，这种信号调制方式称为频率调制，简称调频。
适用于甚高频的无线电波，用于传输高品质广播，音质好、抗干扰能力强，常用于立体声节目。
调频波
4. 超高频
东方明珠电视塔
用于电视广播的超高频波段的电磁波无法绕过建筑物，用于接收电视信号的天线必须直接对准电视塔。
很多城市都建有非常高的电视塔，它们也成为所在城市的文化地标之一。
1. 微波的特点与应用
（1）波长特性：波长在厘米量级，穿透能力强，能穿透大气层；
（2）适用于电视信号与雷达信号传送，以及卫星通信，具有极高的民用、科研及军事价值。
知识点二、微波与卫星通信
2.卫星通讯
地面站
微波信号经地面站天线发射，经由卫星接收、放大并转发给其他地面站或中继卫星，从而实现覆盖较广区域甚至全球的通信。
思考讨论：至少用几颗地球同步卫星就可以实现全球通信？
3颗地球同步卫星：它们均匀分布在地球赤道上空35786千米的同步轨道上，能覆盖除两极少量区域外的全球表面。
系统类型 轨道高度 卫星数量 代表案例 覆盖特点
GEO通信 35,786 km 3颗 国际通信卫星组织 覆盖全球（除极地）
MEO导航 20,200 km 24颗 GPS 全球定位，需4颗定位
LEO通信 550 km 1,000+颗 星链 低延迟，高带宽
不同轨道卫星的覆盖需求
通信卫星使用的微波频率一般在300MHz至300GHz之间，与卫星进行通信，地面站天线需要对准卫星，实现微波信号的发射与接收。
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生活中，我们比较熟悉的电磁波能量特性的应用是微波炉。微波炉中的磁控管能够产生很强的电磁波如图所示，它的波长很短，所以叫做微波。食物的分子在微波作用下剧烈振动并相互摩擦而产生热量，食物的温度升高。这种微波可以穿透食物内部 5 cm，使食物内部和外部一同受热，效率高。因为食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波炉中温度上升更快。
微波
旋转托盘
变压器
电容器
磁控管
冷却风扇
天线
微波炉
1.红外线
(1)定义： 在电磁波谱中，红外线位于可见光区红光的外侧与微波之间的电磁波 ，波长比红光长，约为 10-6 ～ 10-3 m。
(2) 特点
① 不可见性：肉眼不可见，需借助红外探测器、热像仪等设备捕捉。
②所有物体都会发射红外线，温度越高，发射的红外线越强。
知识点三、红外线成像与检测
温度低于 500 ℃ 的物体只会发射红外线；超过 500 ℃ 的物体既可发射红外线也可发射可见光。
③ 热效应显著：红外线被物体吸收后易转化为热能，这是红外加热、测温的核心依据；
④穿透能力较强：能穿透薄雾、烟尘等，不易被可见光常见的遮挡物完全阻碍，适合夜视、远距离检测场景。
2. 红外线的应用
红外热成像在军事、工业、汽车辅助驾驶、医学领域都有广泛的应用。
基于红外热成像技术拍摄的影像
（1）热成像：红外热成像通过热红外电荷耦合器对物体进行成像，能反映出物体表面的温度场。
（2）遥控与信号传输
家电遥控器(如电视、空调)利用红外线作为信号载体，发送指令控制设备。用于非接触式测量体温的体温计，也是基于红外线实现体温检测的。
额温枪
遥控器
1.高频电磁波在医疗等领域还有很多基于其能量特性的应用，如 γ 射线治疗、激光医疗与焊接等。
伽马刀治疗
头盔
肿瘤
γ射线
它利用 γ 射线能量高、穿透力强的物理特性，基于定向原则，将颅内病变组织选择性地确定为靶点，使用 γ 射线进行一次性大剂量聚焦照射，使病变组织坏死或功能改变而实现治疗疾病的目的。
知识点四、高频电磁波与医疗
2.激光的特性与用途
(1) 特性： 单色性好、方向性强、亮度高。
(2) 应用
①矫正近视手术： 通过激光精确切削角膜，
调整眼球屈光度；
②精密焊接、精密模具加工；
③核聚变研究。
激光
3.X射线
伦琴射线具有很高的穿透本领，在医学上用X光片判断是否骨折、做胸透、CT、磁共振、工业上金属探伤。
磁共振
X光片
4.紫外线
主要作用是化学作用，还有很强的荧光效应，杀菌消毒作用。
医院里病房和手术室的消毒，治疗皮肤病，硬骨病；
照明和诱杀害虫的日光灯，黑光灯。
电磁波的应用
无线电广播与电视
微波与卫星通信：厘米级波长，卫星中继
红外线成像与检测
高频电磁波与医疗
无线电波波长最长，频率最低
调幅：振幅随声变
调频：频率随声变
热辐射特性
热成像、遥控、测温
γ射线：伽马刀治疗
激光：手术、焊接、核聚变
1.北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS）。许多公交车安装了BDS系统，通过BDS系统可显示汽车的行驶方向、车速、与后车距离等信息。实现BDS系统与卫星信号传输的是（ ）
A．可见光 B．微波 C．红外线 D．紫外线
B
2.下列不属于红外线的应用的是（　　）
A．用红外胶片拍摄的“热谱图” 诊断疾病
B．红外线夜视仪
C．电视机的遥控器
D．使荧光物质发光
D
3.2023年11月 16 日，我国高海拔宇宙线观测站“拉索”
（LHAASO）正式发布迄今最亮的伽马射线暴——GRB221009A的高能伽马辐射的精确能谱。伽马射线的频率超过3×1019 Hz，有极强的穿透本领，对细胞有杀伤力。下列关于伽马射线说法不正确的是 （　　）
A．伽马射线是一种电磁波
B．伽马射线的频率高，在真空中的传播速度为3×108m/s
C．伽马射线的传播需要介质
D．伽马射线在医疗上可以用来治疗肿瘤
C

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