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第21章 电磁波及其应用
单元复习与提高
本章知识思维导图
电磁波及其应用
电磁波的海洋
电磁波的产生
迅速变化的电流
传递各种信息
电磁波的传播
速度C=3×108m/s
频率单位：Hz
电磁波大家族
广播、电视和移动通信
卫星通信和光纤通信
移动电话：既是无线电发射台又是接收台.
无线电广播
电视
移动通信
发射：话筒→调制器→发射天线.
接收：接收天线→选台和解调→扬声器.
图像发射：摄像机→发射机→发射天线.
图像接收：接收天线→接收机→显示器.
①激光：频率单一、方向高度集中.
②是利用激光在光导纤维中传输信息的一种通信方式.
①利用通信卫星做微波通信的中继站来进行通信的方式
叫卫星通信。三颗同步卫星几乎可实现全球通信.
②组成：同步通信卫星、地面站和传输系统.
卫星通信
光纤通信
第一节 电磁波的海洋
一、电磁波是怎样产生的
1. 电磁波的产生
与水波、声波的形成相似，导线中
_____的迅速变化会在空间激起（产生） 电磁波。
2. 电磁波传递信息
广播电台、电视台以及移动电话靠
复杂的电子线路来产生迅速变化的
，发出电磁波。虽然电磁波看不见、摸不到，但它确实可以给我们传递各种信息。
二、电磁波是怎样传播的
1. 波长、频率、波速
电流
电流
（1）波长
在一列波的传播中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷。
邻近两个波峰（或波谷）之间的距离叫做_______，用 λ 表示。
单位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。
（2）频率
波在1秒内传播波长的个数叫做波的______，用字母 f 表示。　
单位：赫兹（Hz）、千赫（kHz）、 兆赫（MHz）
（3）波速
用来描述波传播快慢的物理量叫做 ，用字母v表示。
单位：米/秒（m/s）
波长
频率
波速
（4）波长、频率与波速间的关系
波速=
波长×频率
v= λf
2. 电磁波的传播
电磁波的传播 介质，电磁波 在真空中传播.
3. 描述电磁波的物理量
（1）电磁波的波速（电磁波波速不变）
真空中电磁波的波速为c，其数值
大约为30万千米每秒（等于光速）。
c=
2.99792458×108 m/s
=3.0×108 m/s
（2）电磁波的频率
电磁波频率的单位是赫兹（Hz）。因为通常电磁波的频率都很高，所以常用的单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。
不需要
能够
4. 电磁波大家族
（1）电磁波家族
电磁波有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、 γ射线等。各种光和射线都是波长不同的电磁波。
（2）无线电波：电磁波中用于广播、电视和移动电话的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分。波长从几毫米到几千米，通常把无线电波分成几个波段：长波、中波、短波、微波等。
（3）电磁波的应用
①无线电波：用于广播、电视和移动电话。②红外线：家电的遥控器。③微波：可用来加热食品。④紫外线：
可用来灭菌、验钞。⑤X射线：医学上用来做透视检查。⑥γ射线：可用来金属探伤。
例1：北斗卫星导航系统是中国着眼于国
家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位导航。卫星导航利用的媒介是（　）
A．超声波
B．电磁波
C．电流 D．次声波
B
5.射电望远镜：可以接受宇宙中的星体辐射的微弱电磁波。
宇宙中存在的电磁波覆盖了整个电磁波段。我们除了可以在可见光波段用
光学望远镜观测天体外，还可以在无
线电波段观测天体。在“天眼之父”南仁东的带领下，我国建成了世界上最大的500 m口径球面射电望远镜，仰望星空，我们正在探索着宇宙的奥秘。
6. 微波炉
电磁波除了用于通信外，还有很多别的应用。比如，我们生活中常常见到的微波炉，就是用电磁波来加
热食品的。微波炉内有很强的电磁波，它的波长很短，所以叫做微波。食物的分子在微波的作用下剧烈振动，使得内能增加，温度
升高。由于电
磁波可以深入
食物内部，所
以用微波炉烧
饭时食物的内
部和外部几乎同时变熟，省时、省电。
例2：在无线电通信过程中，下述说法正确的是（　　）
A．电磁波的波速等于波长乘频率
B．电磁波的传播速度一定等于3×108m/s
C．电磁波的波长跟它的频率成正比
D．无线电广播用的电磁波是长波和微波
A
第2节广播、电视和移动通信
一、无线电广播信号的发射和接收
1. 信号的发射——广播电台完成
主要由三部分组成： 、
、 。
无线电广播信号的发射由广播电台完成。话筒把播音员的声音信号转换成电信号，然后用调制器把音频电信号加载到高频电流上，再通过
天线产生 电磁波发射到空中。
2. 信号的接收——收音机完成
（1）选台
为接收在空间传播的无线电波，收音机使用天线进行接收。但由于天
天线
话筒
调制器
线没有选择性，能接收传播过来的所有电磁波，如把天线接收的电磁波全部变成声音，那只是一片嘈杂声，什么也听不清。
利用收音机的___________，可以选出我们需要的某一频率的电磁波，这一过程叫做选台（调谐）。
成分，需要通过“_______”将其滤去，把音频信号留下。
（2）解调
由调谐器选出的信号含有高频电流
调谐器
解调器
（3）放大
把音频信号放大后送到扬声器里，这一过程叫做放大。　　
（4）扬声器把音频信号转换为声音信号。　　　
3. 电磁波的发射和接收
电磁波的发射与接收可以用下列数字化实验设备来直观地显现。
如图所示，电磁波发射器可以发射不同频率的电磁波，接收器接
收到电磁波信号后，传感器、采集器将电磁波信号输入计算机，我们就可以在计算机屏幕上观察到电磁波信号。
连接好装置，把发射器置于某一波形挡，观察电磁波的波形。转动发射器上的旋钮，改变发射器发出的电磁波的频率，观察信号的变化。
二、电视的发射和接收
1. 电视信号的发射
摄像机把图像信号变成______信号，发射机把电信号加载到频率很高的电流上，通过发射天线发射到空中。
电
2. 电视信号的接收
电视机的接收天线把高频信号接收通过电视机把信号取出并放大，由显示器把它还原成图像。
由电视台完成
三、移动通信信号的发射和接收
手机既是无线电发射台又是无线电接收台：它用电磁波把讲话的信息发射到空中，同时它又在空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息。
手机的体积很小，发射功率不大；它的天线也很简单，
灵敏度不高。因
此，它跟其他用
户的通话要靠较
大的固定无线电
台转接。这种固
定的电台叫作基
站。
手机可以使你很方便地跟朋友通话，无论你的朋友在附近，还是远在别的国家。
广播、电视、移动电话信号传递的异同
第3节 卫星通信和光纤通信
一、微波通信
1. 传输信息与频率的关系
信息理论表明，作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息就越_____。因此，现代通信技术所采用的频率越来越高，微波通信就是其中应用较广泛的一种。
2. 微波
（1）波长和频率范围：
微波波长在 10m~1mm之间，频率 30MHz~3×105MHz之间。
多
直线
（2）性质
微波的性质接近光波，大致沿____传播，不能沿地球表面绕射。
3. 微波通信
（1）概念：利用 进行的通信称为微波通信。
（2）微波中继站：微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射。因此必须每隔 km左右就要建设一个中继站，可以把上一站传来的微波信号经过接收、放大处理后，再发射到下一站去。
（3）微波通信的优点：
频率高，传输信息的容量大；质量好，传送距离远；大致沿直线传播，受大气干扰小，能量损耗小，收到的信号强且稳定。
微波
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二、卫星通信
1. 卫星通信的概念
利用 卫星做微波通信的中继站进行通信的方式叫卫星通信。
造卫星，距地球约36000km，卫星的运行方向与地球的 方向相同、运动周期与地球自转一周的时间 ，所以叫做“同步通信卫星”。
2. 同步通信
地球同步卫星就是地球同步轨道卫星，是运行在地球同步轨道上的人
自转
相同
（4）微波通信的缺点：需要大量中继站进行信号传递。在遇到雪山、大洋，根本无法建设中继站时，微波通信几乎无法继续。
通信
3. 全球通信
在地球周围均匀地配置 颗通信卫星，就可以覆盖几乎全部的地球表面，实现全球通信。
4. 卫星通信的组成与原理
由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。卫星通信的工作原理是将卫星发射到赤道上空36000km处的对地 轨道上，利用卫星上的通信转发器接收由地面站发射的信号，并对信号进行放大变频后转发给其他地面站，从而完成两个地面站之间的传输。
三
静止
5. 卫星通信特点
通信范围大，只要在卫星发射的电磁波覆盖的范围内均可进行通信；不易受陆地灾害影响；易于实现广播和多址通信。
6. 中国北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系
统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。
三、光纤通信
1. 激光
（1）激光的概念：频率单一、方向 集中的光叫激光。
高速公路”要比短波、微波的“公路”宽出百万倍、千万倍。
（2）激光通信容量更大
我们已经知道，电磁波的传播速度 光速，实际上光也是一种电磁波。与微波相比，光的频率更高。如果用光来通信，这条“
2. 光导纤维
（1）光导纤维简称 ，是一种非常细的玻璃
丝，激光可在
光纤里传播，
不受外界干扰。
（2）光导纤维传光原理
高度
等于
光纤
光导纤维传播激光的原理是____________。携带信息的激光从光导纤维的一端射入，在光纤内部传播时，发生的是全反射，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。
光的全反射
携带的信息
随激光射出
携带信息
的激光射入
光导纤维
3. 光纤通信
光纤通信是利用 在光导纤维中传输信息的一种通信方式。由于光的频率很高，在一定时间内可以传输大量信息。
4. 光纤通信的优点
（1）传输频带极宽，通信容量很大；
（2）光纤衰减小，无中继设备，
（3）不受
电磁干扰，
通信质量高，保密性好。
传输距离远；
激光
提出用光纤通信的构想，并得以实现，高锟被誉为“光纤之父”。
5. 光纤通讯技术的发展
1960年，美国物理学家西奥多·梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器。1966年，华裔物理学家高锟
我国光纤通信的发展十分迅速，光缆可以通达几乎所有地区，而且还与其他国家合作修建了跨越
太平洋的海底光缆。随着互联网的进一步发展，移动通信网络的建设，物联网等新应用的不断涌现，光纤通信将迎来更广阔的发展空间。
太平洋海底光缆
除了通信，激光还有许多其他应用。激光束的 性特别好，在传播很远的距离后 保持一定的强度。激光的这个特点，使它可以用来进行
的测距。对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲和收到反射脉冲的时间间隔，就可以求出与目标的距离。激光测距雷达就是根据这个原理制成的。
6.激光的应用
激光还有一个特点是亮度 ，也就是说它可以在很小的空间和很短的时间内集中 的能量。如果把强大的激光束会聚起来照射到物体上，就可以使物体的被照部分迅速上升到极高的温度并 。因此，我们可以利用激光束来切割各种物质、焊接金属以及在硬质材料上打孔。医学上可以用激光作为“
方向
仍能
精确
高
熔化
很大
光刀”切除肿瘤，还可以用激光“焊接”脱落的视网膜。强激光可以在瞬间破坏敌人的飞行器，这是军事研究的重要方向。
激光切割
激光焊接
激光手术
激光武器
下 课
Thanks!
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