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第二十章 电磁波与信息时代
第2节 电磁波的应用
5G基站让无人驾驶汽车实时“眼观六路”——这些硬核操作，全靠电磁波当“信使”！它不止能传信号，还能拍CT、探矿产、控火箭！今天，我们就来学习电磁波在生产生活中的重要应用。
1.了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响。
2.知道无线电波、微波等不同区间的电磁波的应用。
知识点一、无线电波与广播电视
1. 无线电波的特点与分类
在电磁波谱中，无线电波的波长最长，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。
2. 低频无线电波
无线电波很早之前就被用于无线电广播与电视信号传播。
如图所示， 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。
3. 中、高频无线电波
中、高频无线电波适用于区域性的无线电广播，以传输普通声音信号为主。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。
甚高频的无线电波则用于传输高品质广播，例如立体声节目，其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。
调幅
调频
4. 超高频
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。因此闭路电视普及之前，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。
知识点二、微波与卫星通信
1. 微波
（1）微波的特点
微波的波长在厘米量级甚至更短，可穿透大气层，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。
（2）微波与卫星通信
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。
地面站→卫星接收→转发
（3）通信卫星
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。
我国自20世纪60年代就已启动微波接力通信系统与卫星的研制，在研究、开发、制造和发射、运营等多个领域均已居于世界前列，在国内与国际通信服务方面取得了举世瞩目的成就。
我国的天宫空间站已实现多次“天宫课堂”的高清信号直播，依靠的就是我国建立的天链一号、天链二号中继卫星通信系统。天链中继卫星通信就是典型的微波通信，即使用了电磁波中的微波段。
视频：天链卫星
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，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5cm，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。
微波炉
微波炉的结构与
工作状态示意图
视频：微波炉
知识点三、红外线成像与检测
1. 红外线的特点
在电磁波谱可见光区红光的外侧，存在一个看不见的电磁波段，即红外线。红外线的波长比红光要长，约为10-6～10-3m。所有物体都会发射红外线，且强度与波长和物体的温度有关。温度低于500℃的物体只会发射红外线，超过500℃的物体则既可发射红外线也可发射可见光。
红外线作为一种特殊的电磁波，应用非常广泛，常见于热成像、遥控与检测等领域。
2. 红外线成像
红外线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。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。
各类家用红外遥控器也是利用红外线作为控制信号的传输载体，对各类家电进行遥控。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。
基于红外热成像技术拍摄的影像
知识点四、高频电磁波与医疗
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。
1. γ射线
γ射线应用于医疗的典型例子就是伽马刀治疗，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。
2. 激光
激光相较于普通光源， 单色性、方向性更好，除了可用于矫正近视的手术，还可用于机械制造中的精密模具加工、精密焊接等工艺，甚至用于核聚变研究。
用激光进行美容
科学家在核聚变研究设施中准备用于聚变射击的激光
微波与卫星通信
①低频无线电波适用于长距离无线电通信。
②中、高频无线电波适用于区域性的无线电广播。
③超高频用于电视广播。
电磁波的应用
无线电波与广播电视
常用于热成像、遥控与检测等领域。
红外线成像与检测
高频电磁波与医疗
高频电磁波与医疗：如γ射线治疗、激光医疗与焊接等。
微波信号经地面站天线发射，经卫星接收、放大并转发给
其他地面站或中继卫星，实现覆盖较广区域甚至全球的通信。
1.下列关于卫星遥感技术确定焚烧源的分析中正确的是( )
A. 对焚烧源进行拍照，从照片上直接看到焚烧源
B. 监测焚烧源产生的烟雾，从烟雾的多少来确定焚烧源
C. 监测焚烧源的颜色，从遥感照片的颜色来确定焚烧源
D. 监测焚烧源的温度，通过捕捉高温物体发出的红外线来确定焚烧源
D
2．电视机换台时，实际上是在改变（　　）
A．电视台发射电磁波的频率
B．电视台发射电磁波的速度
C．电视机接收的电磁波的频率
D．电视机接收的电磁波的速度
C
3. 我国首家以北斗卫星导航应用为主题的博物馆及体验馆——北斗卫星导航应用博物馆坐落于北京市北斗产业创新基地，由卫星导航应用博物馆和卫星导航应用体验馆组成。我国建立的北斗卫星导航系统是利用________进行定位的。人们把通信卫星作为中继站，在地球的周围均匀地配置______颗地球静止卫星就可以实现全球卫星通信。
电磁波
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