2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十八章 電磁和電磁波 五、無(wú)線電波的發(fā)射和接收(備課資料).doc

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●備課資料 1.電磁波的傳播 不同波長(zhǎng)的電磁波有著不同的傳播特性.無(wú)線電波的傳播方式大致有三種：地波、天波和直線傳播. 地波是沿地球表面空間傳播的.由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物，只有能繞過(guò)這些障礙物的無(wú)線電波才能被各處接收到.由于長(zhǎng)波的波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，都能夠因衍射而繞過(guò)這些障礙物. 地波沿地面?zhèn)鞑?，由于地球是?dǎo)體，地球表面就會(huì)因電磁感應(yīng)而激起感生電流，這就要消耗能量，因此地波在傳播過(guò)程中有能量損失，而且電磁波的頻率越高，這種能量損失越大.因此，從能量損失的角度來(lái)看，只有長(zhǎng)波、中波和中短波適宜以地波的形式傳播，對(duì)短波和微波則不適宜. 由于地波在傳播過(guò)程中要不斷損失能量，因此中波和中短波的傳播距離不太大，一般在幾百千米范圍內(nèi)，收音機(jī)的這一波段一般只能收聽(tīng)到本地或附近省市的電臺(tái)信號(hào)，長(zhǎng)波的傳播距離可以遠(yuǎn)得多，但發(fā)射長(zhǎng)波的設(shè)備龐大，造價(jià)高.因此無(wú)線電廣播一般不用長(zhǎng)波，長(zhǎng)波常用于超遠(yuǎn)程無(wú)線電通訊和導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域. 天波是依靠電離層的反射來(lái)傳播的無(wú)線電波.電離層分布在大氣層中距地60 km到400 km的范圍內(nèi)，它是空氣受宇宙輻射后電離形成的.它的重要特征之一是能反射無(wú)線電波，它反射無(wú)線電波的本領(lǐng)隨電磁波的頻率增大而減小.它的另一特征是要吸收無(wú)線電波，它吸收無(wú)線電波的本領(lǐng)隨電磁波頻率的減小而增大.可見(jiàn)，各種無(wú)線電波中，頻率太高的微波會(huì)穿過(guò)電離層而不被反射，頻率太低的長(zhǎng)波會(huì)被電離層吸收，短波最適宜于以天波的形式傳播. 由于短波靠電離層反射來(lái)傳播，因此可以傳播到幾千千米以外的地方. 電離層是不穩(wěn)定的，白天電離程度高，夜晚電離程度低.由于夜晚電離程度低，它對(duì)中波和中短波的吸收減弱，這時(shí)中短波和中波也可以用天波的形式傳播，因此在晚上可以收到許多遠(yuǎn)地的中波和中短波電臺(tái)信號(hào).由于電離層是不穩(wěn)定的，因此被電離層反射的天波信號(hào)的強(qiáng)弱也是不穩(wěn)定的，所以收音機(jī)接收短波廣播時(shí)，聲音常是忽大忽小. 微波既不能以地波的形式傳播，也不能依靠電離層的反射以天波的形式傳播.微波只能在空間直線傳播. 由于地球表面是圓球形，沿直線傳播的微波要從地面上某地傳到地面上另一地時(shí)，就需要高處的天線或衛(wèi)星來(lái)接收和轉(zhuǎn)播.這種傳播方式受大氣的干擾小，能量損耗小，所以接收到的信號(hào)較強(qiáng)而且比較穩(wěn)定.電視信號(hào)和雷達(dá)信號(hào)采用的都是微波. 2.電磁污染 通常我們所說(shuō)的污染有大氣污染、水污染、土壤污染和化學(xué)污染等.對(duì)于電磁污染，人們往往了解得很少，其實(shí)這種污染正悄悄地逼近人們.根據(jù)最新資料表明：電磁污染是比化學(xué)污染更為嚴(yán)重的污染.會(huì)給人們的健康帶來(lái)更為深遠(yuǎn)的威脅和危害.那么什么是電磁污染呢？ 電磁污染是一種新形式的污染，又稱電磁輻射，它是指空間中的電磁輻射超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)而對(duì)人體造成危害的現(xiàn)象. 電磁輻射的來(lái)源： 首先，自從人類進(jìn)入電器時(shí)代，電能的輸送就遍及世界的每個(gè)角落，在輸電線的周圍存在著電場(chǎng)和磁場(chǎng)，特別是在電廠的周圍存在著極為強(qiáng)烈的電磁場(chǎng).存在電磁場(chǎng)就存在電磁輻射.其次，由于通訊手段的日益先進(jìn)，各種發(fā)射臺(tái)、中繼站的大量使用都使人們生活的空間充滿了電磁輻射，值得一提的是各種家電和手機(jī)也成了一種不可忽視的電磁場(chǎng)源，特別是手機(jī)的場(chǎng)源十分靠近人體和大腦，可能會(huì)影響到大腦的正常工作.據(jù)報(bào)道，現(xiàn)在地球空間的電磁波的強(qiáng)度約為一個(gè)世紀(jì)前的一億倍以上.最后還有來(lái)自宇宙空間的突變的電磁場(chǎng)，比如太陽(yáng)“黑子”活動(dòng)頻繁時(shí)，也會(huì)對(duì)地球電磁場(chǎng)造成顯著影響. 電磁輻射的危害： 從20世紀(jì)70年代人們才開(kāi)始這方面的研究，目前關(guān)于這方面的研究結(jié)果仍無(wú)定論，但有一點(diǎn)可以肯定：長(zhǎng)期處于高強(qiáng)度電磁輻射的人，其神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)都要受到嚴(yán)重的危害. 其一、擾亂神經(jīng)系統(tǒng) 神經(jīng)系統(tǒng)是人體進(jìn)行正常生理活動(dòng)的指揮中心，而大腦則是這個(gè)中心的司令員.電磁場(chǎng)可以通過(guò)下面兩個(gè)方面對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)施加作用.一是電磁場(chǎng)可改變神經(jīng)細(xì)胞細(xì)胞膜的膜電位和通透性，從而使得人體中正常的神經(jīng)信號(hào)的傳導(dǎo)受到影響.二是研究發(fā)現(xiàn)人腦中存在著極為微小的礦物磁性顆粒晶體，外部的高頻電磁場(chǎng)會(huì)同這些顆粒發(fā)生作用，從而影響腦的功能，進(jìn)而擾亂神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng).具體表現(xiàn)為使人感到頭暈頭痛、失眠、記憶力衰退、易疲勞等癥狀.另外由于電腦的普及，因電腦顯示屏的電磁輻射作用，使電腦操作環(huán)境的正常陰陽(yáng)離子平衡遭到破壞，從而容易引起操作者失眠、疲勞、煩躁或精神不振、肌肉勞損等病癥. 其二、削弱免疫系統(tǒng) 免疫系統(tǒng)是人體免受外界細(xì)菌、病毒侵害的自我防護(hù)系統(tǒng).研究顯示，在高頻電磁波輻射時(shí)，人體衛(wèi)士——淋巴細(xì)胞會(huì)發(fā)生病變.另外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)還表明，長(zhǎng)時(shí)間的電磁輻射會(huì)使血腦屏障滲透性增強(qiáng)，細(xì)菌病毒會(huì)更容易進(jìn)入腦細(xì)胞，從而削弱免疫系統(tǒng).據(jù)《保健時(shí)報(bào)》報(bào)道，當(dāng)家電產(chǎn)生的電磁輻射強(qiáng)度超過(guò)0.2 μT時(shí)，長(zhǎng)期在這種環(huán)境下生活、工作，會(huì)導(dǎo)致免疫功能失調(diào)，且容易引起癌癥.專家還指出，家用吸塵器工作時(shí)的電磁輻射可達(dá)90 μT，為安全標(biāo)準(zhǔn)的四、五百倍. 其三、破壞遺傳結(jié)構(gòu) 研究表明，穿梭于DNA雙螺旋上的電荷可能會(huì)直接與電磁場(chǎng)作用，使DNA受到影響.美國(guó)的科學(xué)雜志指出，60 Hz的電磁波可能會(huì)破壞DNA結(jié)構(gòu).尤其是0.01~100 Hz這一極低頻段的電磁波，具有傳播遠(yuǎn)，穿透力極強(qiáng)等特征，更容易破壞DNA結(jié)構(gòu).進(jìn)一步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，處于該條件下的小白鼠細(xì)胞中的DNA增殖加快. 對(duì)于高頻電磁場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以穿過(guò)細(xì)胞膜直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部與DNA發(fā)生作用.手機(jī)的電磁場(chǎng)正處于高頻段，這可能會(huì)影響細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而影響到遺傳信息的表達(dá).這也許就是手機(jī)用戶中患腦癌幾率相對(duì)較高的原因. 值得一提的是：當(dāng)來(lái)自地球外部的電磁場(chǎng)發(fā)生劇變時(shí)，會(huì)對(duì)地球空間的電磁場(chǎng)產(chǎn)生巨大影響.比如，太陽(yáng)活動(dòng)活躍時(shí)，太陽(yáng)的磁場(chǎng)發(fā)生異常變化，從而對(duì)地球造成強(qiáng)烈的電磁輻射，皮膚病的發(fā)病率明顯增加，并造成地球上部分地區(qū)通訊中斷. 電磁污染的防范： 首先要改善居住環(huán)境，遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁輻射，臥室里盡量少放家用電器；其次要減少在輻射區(qū)的工作時(shí)間，并定時(shí)進(jìn)行戶外活動(dòng)；再次要采取一定的屏蔽措施，盡量減小電磁污染的危害性；最后，關(guān)鍵是要在平時(shí)增強(qiáng)自我防范意識(shí).還必須明確一點(diǎn)，短時(shí)間的輻射是不會(huì)有多大危害的. 3.自制無(wú)線電發(fā)射和接收裝置 無(wú)線電通信在日常生活中應(yīng)用越來(lái)越普及.學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)很感興趣，特別是在學(xué)習(xí)電磁波的發(fā)射和接收這些內(nèi)容時(shí)熱情更高.教材為形象、直觀幫助學(xué)生接受這些內(nèi)容，利用學(xué)生信號(hào)源和收音機(jī)等儀器來(lái)做一些演示實(shí)驗(yàn)，起到了直觀生動(dòng)地說(shuō)明問(wèn)題的作用.但由于這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都只是定性地說(shuō)明問(wèn)題，學(xué)生對(duì)此還是感到不好理解.如能在課堂上利用一些裝置因陋就簡(jiǎn)地像廣播電臺(tái)或大哥大那樣使聲音隨電磁波發(fā)射出去，并能接收到，使學(xué)生身臨其境，以消除他們的神秘感，從而也就達(dá)到了更好的教學(xué)效果.我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)信號(hào)源和收音機(jī)的改造，實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想.具體制作過(guò)程如下. 一、器材：J2465型學(xué)生信號(hào)源一臺(tái)，（熊貓B737 A）收音機(jī)二臺(tái)，10 Ω電阻一個(gè). 二、改制過(guò)程 （1）話筒的改制.把一臺(tái)收音機(jī)（甲）拆開(kāi)，找到線路板上音量開(kāi)關(guān)W的中心抽頭P，如圖1所示.將它附近的線路截?cái)?；把機(jī)內(nèi)揚(yáng)聲器改接在A點(diǎn)和D點(diǎn)之間.從揚(yáng)聲器原來(lái)所在的接線位置各引出一條導(dǎo)線.其中一條為“地”線與信號(hào)源“地”線相接；另一條作為音頻信號(hào)輸出線，與圖3的電容器C1相接.這樣就把該收音機(jī)改制成一個(gè)有源話筒了. 圖1 圖2 （2）發(fā)射裝置的改制.從（J2465）學(xué)生信號(hào)源的線路板上找到信號(hào)輸出級(jí)電路，如圖2所示.切斷變壓器B的次級(jí)線圈與電容器C1間的線路.再切斷電容器C2與R3間的線路，讓B的次級(jí)線圈與C2連接.把一個(gè)10 Ω的電阻R串入三極管的集電極電路里；并從集電極引出一條2 m長(zhǎng)的導(dǎo)線作為發(fā)射天線，如圖3所示.這樣就改造好了. 2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十八章 電磁和電磁波 五、無(wú)線電波的發(fā)射和接收(備課資料) （3）用另一臺(tái)收音機(jī)（乙）作為接收裝置. 三、使用方法 （1）連接好線路.將信號(hào)源的“等幅—調(diào)幅”開(kāi)關(guān)扳到等幅位置.使它產(chǎn)生535~1605 kHz的高頻等幅波信號(hào). （2）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān).調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”旋鈕到某一位置，如白天時(shí)調(diào)到12 kHz.一方對(duì)著收音機(jī)（甲）講話；另一方在旁邊用收音機(jī)（乙）收聽(tīng)，當(dāng)收到講話聲音時(shí)，就不再調(diào)節(jié)其調(diào)諧旋鈕了.然后就可讓收音機(jī)（乙）遠(yuǎn)離信號(hào)源，約100 m范圍內(nèi)均可收到所發(fā)出的聲音. （3）在教學(xué)時(shí)，若從圖3的F點(diǎn)引出信號(hào)到示波器，可觀察到音頻信號(hào)的波形圖像.若從G點(diǎn)引出信號(hào)到示波器，可觀察調(diào)幅波信號(hào)波形圖像，當(dāng)關(guān)閉收音機(jī)（甲）時(shí)，可觀察到高頻信號(hào)波形圖像. 該裝置具有既能用于教學(xué)演示，增強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的真實(shí)性，擴(kuò)大學(xué)生的視野，激發(fā)他們學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的興趣，又能作為短距離的簡(jiǎn)單通信工具等的特點(diǎn).