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(貴陽專版)2020年秋九年級物理全冊 第19章 走進信息時代 第2節(jié) 讓信息飛起來 電磁波的基本知識 (新版)滬科版

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1、電磁波的基本知識 自1888年赫茲用實驗證明了電磁波的存在,迄今,人們已經陸續(xù)發(fā)現(xiàn),不僅光波是電磁波,還有紅外線、紫外線、X 射線、射線等也都是電磁波,科學研究證明電磁波是一個大家族。所有這些電磁波僅在波長(或頻率)上有所差別,而在本質上完全相同,且波長不同的電磁波在真空中的傳播速度都是。因為波的頻率和波長滿足關系式,所以頻率不同的電磁波在真空中具有不同的波長。 自從電磁波發(fā)現(xiàn)以來,電磁波的應用得到了飛速的發(fā)展。1895年俄國科學家波波夫發(fā)明了第一個無線電報系統(tǒng)。1914年語音通信成為可能。1920年商業(yè)無線電廣播開始使用,20世紀30年代發(fā)明了雷達,40年代雷達和通信得到飛速發(fā)展,自50

2、年代第一顆人造衛(wèi)星上天,衛(wèi)星通訊事業(yè)得到迅猛發(fā)展。如今電磁波已在通訊、遙感、空間控測、軍事應用、科學研究等諸多方面得到廣泛的應用。 電磁波的頻率愈高,相應的波長就越短。無線電波的波長最長(頻率最低),而射線的波長最短(頻率最高)。目前人類通過各種方式已產生或觀測到的電磁波的最低頻率為,其波長為地球半徑的倍,而電磁波的最高頻率為,它來自于宇宙的射線。將電磁波按頻率或波長的順序排列起來就構成電磁波譜,不同頻率的電磁波段有不同的用途。下面指出了各種波長范圍(波段)的電磁波名稱。 在電磁波譜中,波長最長的是無線電波。一般將頻率低于的電磁波統(tǒng)稱為無線電波。無線電波通常是由電磁振蕩電路通過天線發(fā)射出去

3、的。無線電波按波長的不同又被分為長波、中波、短波、超短波、微波等波段。其中,長波的波長在3km以上,微波的波長小到0.1mm 。 不同波長(頻率)的電磁波有不同的用途。廣播電臺使用的頻率在中波波段;電視臺使用的頻率在超短波段;用來測定物體位置的雷達、無線電導航等使用的頻率在微波段。 就其傳播特性而言,長波、中波由于波長很長,衍射現(xiàn)象顯著,所以從電臺發(fā)射出去的電磁波能夠繞過高山、房屋而傳播到千家萬戶;短波的波長較短,衍射現(xiàn)象減弱,主要靠地球外的電離層與地面間的反射,故能傳得很遠。超短波、微波由于波長小而幾乎只能按直線在空間傳播,但因地球表面是球形的,故需設中繼站,以改變其傳播方向,使之克服地

4、球形狀將電信號傳到遠處。電視,遠距離通訊、雷達都采用微波。當前,多用同步通訊衛(wèi)星作為微波中繼站。一般只需有三顆同步通訊衛(wèi)星,就可將無線電信號傳送到地球上大部分地區(qū)。 γ射線是一種比X射線波長更短的電磁波,它的波長在0.3nm以下,頻率在以上,。它來自宇宙射線或是由某些放射性元素在衰變過程中放射出來的。γ射線的能量極高,穿透能力比X射線更強,也可用于金屬探傷等。通過對γ射線的研究,還可幫助了解原子核的結構。此外,原子武器爆炸時,有大量γ射線放出,它是原子武器主要殺傷因素之一。γ射線也是人類研究天體,認識宇宙的強有力的武器。 X射線又稱倫琴射線 (俗稱X光),是波長比紫外線更短的電磁波,其波長

5、范圍在之間。它一般是由倫琴射線管產生的,也可由高速電子流轟擊金屬靶產生,它是由原子中的內層電子發(fā)射的。X射線具有很強的穿透能力,能使照相底片感光、使熒光屏發(fā)光。這種性質,在醫(yī)療上廣泛用于透視和病理檢查;工業(yè)上是工業(yè)探傷等無損檢測的必要手段。由于X射線的波長與晶體中原子間距的線度相當,也常被用來分析晶體結構。 波長范圍在40nm~400nm的電磁波,叫做紫外線。它是比可見光中的紫光波長更短的一種射線,人眼也看不見。熾熱物體的溫度很高(例如太陽)時,就會輻射紫外線。 紫外線有顯著的生理作用,殺菌能力較強。在醫(yī)療上有其應用;許多昆蟲對紫外線特別敏感,可用紫外燈來誘捕害蟲;紫外線還會引起強烈的化學

6、作用,使照相底片感光。另一方面,波長為290~320nm的紫外線,對生命有害。臭氧對太陽輻射中的上述紫外線的吸收能力極強,有95%以上可被它吸收。臭氧層在地球上方10~50km之間,它是地球生物的保護傘。 在電磁波譜中,可見光只占很小的一部分波段,即波長范圍在400~760nm之間,這些電磁波能使人眼產生光的感覺,所以叫做光波。人眼所看見的不同顏色的光,實際上是不同波長的電磁波,白光則是各種顏色(紅、橙、黃、綠、青、藍、紫)的可見光的混合。波長最長的可見光是紅光(=630~760nm),波長最短的光是紫光(=400~430nm)。 因為,光波的波長比無線電波更短,它在傳播時的直線性、

7、反射和折射性質就比超短波、微波更為顯著;僅當光通過小孔、狹縫等時,才明顯地顯示出衍射現(xiàn)象(參閱第五編"光學")。 在微波和可見光之間的一個廣闊波段范圍(波長在600微米-- 0.76微米之間)的電磁波,叫做紅外線。它在電磁波譜中位于可見光的紅光部分之外,人眼看不見,波長比紅光更長。 紅外線是由熾熱物體輻射出來的,人體就是一個紅外線源。紅外線的顯著特性是熱效應大,能透過濃霧或較厚大氣層而不易被吸收。所謂熱輻射,主要就是指紅外線輻射。 紅外線在生產和軍事上有著重要應用。例如用紅外線烘干油漆,干得快、質量好;由于坦克、艦艇、人體等一切物體都在不停地發(fā)射紅外線,并且不同的物體所輻射的紅外線,其波長和強度不同,故在夜間或濃霧天氣可通過紅外線探測器來接收信號,并用電子儀器對接收到的信號進行處理,或用對紅外線敏感的照相底片進行遠距離攝影和高空攝影,就可察知物體的形狀和特征。這種技術稱為紅外線遙感。利用遙感技術可在飛機或衛(wèi)星上勘測地形、地貌,監(jiān)測森林火情和環(huán)境污染,預報臺風、寒潮,尋找水源或地熱等。此外,根據(jù)物質對紅外線的吸收情況,可以研究物質的分子結構。 隨著科學技術的不斷進步相信,電磁波譜的兩端還將不斷擴展,電磁波的應用也將進一步擴展。 以后在光學、原子物理學和原子核物理學中,我們還要講到熱輻射(包括紅外線、可見光、紫外線)、X射線和射線等電磁波的有關問題。

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