2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十八章 電磁和電磁波 五、無線電波的發(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 不同波長的電磁波有著不同的傳播特性.無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，只有能繞過這些障礙物的無線電波才能被各處接收到.由于長波的波長比較長，都能夠因衍射而繞過這些障礙物. 地波沿地面?zhèn)鞑ィ捎诘厍蚴菍w，地球表面就會因電磁感應而激起感生電流，這就要消耗能量，因此地波在傳播過程中有能量損失，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看，只有長波、中波和中短波適宜以地波的形式傳播，對短波和微波則不適宜. 由于地波在傳播過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，收音機的這一波段一般只能收聽到本地或附近省市的電臺信號，長波的傳播距離可以遠得多，但發(fā)射長波的設備龐大，造價高.因此無線電廣播一般不用長波，長波常用于超遠程無線電通訊和導航技術領域. 天波是依靠電離層的反射來傳播的無線電波.電離層分布在大氣層中距地60 km到400 km的范圍內，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線電波，它反射無線電波的本領隨電磁波的頻率增大而減小.它的另一特征是要吸收無線電波，它吸收無線電波的本領隨電磁波頻率的減小而增大.可見，各種無線電波中，頻率太高的微波會穿過電離層而不被反射，頻率太低的長波會被電離層吸收，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，它對中波和中短波的吸收減弱，這時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地的中波和中短波電臺信號.由于電離層是不穩(wěn)定的，因此被電離層反射的天波信號的強弱也是不穩(wěn)定的，所以收音機接收短波廣播時，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，就需要高處的天線或衛(wèi)星來接收和轉播.這種傳播方式受大氣的干擾小，能量損耗小，所以接收到的信號較強而且比較穩(wěn)定.電視信號和雷達信號采用的都是微波. 2.電磁污染 通常我們所說的污染有大氣污染、水污染、土壤污染和化學污染等.對于電磁污染，人們往往了解得很少，其實這種污染正悄悄地逼近人們.根據最新資料表明：電磁污染是比化學污染更為嚴重的污染.會給人們的健康帶來更為深遠的威脅和危害.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安全標準而對人體造成危害的現象. 電磁輻射的來源： 首先，自從人類進入電器時代，電能的輸送就遍及世界的每個角落，在輸電線的周圍存在著電場和磁場，特別是在電廠的周圍存在著極為強烈的電磁場.存在電磁場就存在電磁輻射.其次，由于通訊手段的日益先進，各種發(fā)射臺、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也成了一種不可忽視的電磁場源，特別是手機的場源十分靠近人體和大腦，可能會影響到大腦的正常工作.據報道，現在地球空間的電磁波的強度約為一個世紀前的一億倍以上.最后還有來自宇宙空間的突變的電磁場，比如太陽“黑子”活動頻繁時，也會對地球電磁場造成顯著影響. 電磁輻射的危害： 從20世紀70年代人們才開始這方面的研究，目前關于這方面的研究結果仍無定論，但有一點可以肯定：長期處于高強度電磁輻射的人，其神經系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及遺傳物質結構都要受到嚴重的危害. 其一、擾亂神經系統(tǒng) 神經系統(tǒng)是人體進行正常生理活動的指揮中心，而大腦則是這個中心的司令員.電磁場可以通過下面兩個方面對神經系統(tǒng)施加作用.一是電磁場可改變神經細胞細胞膜的膜電位和通透性，從而使得人體中正常的神經信號的傳導受到影響.二是研究發(fā)現人腦中存在著極為微小的礦物磁性顆粒晶體，外部的高頻電磁場會同這些顆粒發(fā)生作用，從而影響腦的功能，進而擾亂神經系統(tǒng)的活動.具體表現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)是人體免受外界細菌、病毒侵害的自我防護系統(tǒng).研究顯示，在高頻電磁波輻射時，人體衛(wèi)士——淋巴細胞會發(fā)生病變.另外動物實驗還表明，長時間的電磁輻射會使血腦屏障滲透性增強，細菌病毒會更容易進入腦細胞，從而削弱免疫系統(tǒng).據《保健時報》報道，當家電產生的電磁輻射強度超過0.2 μT時，長期在這種環(huán)境下生活、工作，會導致免疫功能失調，且容易引起癌癥.專家還指出，家用吸塵器工作時的電磁輻射可達90 μT，為安全標準的四、五百倍. 其三、破壞遺傳結構 研究表明，穿梭于DNA雙螺旋上的電荷可能會直接與電磁場作用，使DNA受到影響.美國的科學雜志指出，60 Hz的電磁波可能會破壞DNA結構.尤其是0.01~100 Hz這一極低頻段的電磁波，具有傳播遠，穿透力極強等特征，更容易破壞DNA結構.進一步的動物實驗表明，處于該條件下的小白鼠細胞中的DNA增殖加快. 對于高頻電磁場，電場和磁場可以穿過細胞膜直接進入細胞內部與DNA發(fā)生作用.手機的電磁場正處于高頻段，這可能會影響細胞內遺傳物質的復制和轉錄，進而影響到遺傳信息的表達.這也許就是手機用戶中患腦癌幾率相對較高的原因. 值得一提的是：當來自地球外部的電磁場發(fā)生劇變時，會對地球空間的電磁場產生巨大影響.比如，太陽活動活躍時，太陽的磁場發(fā)生異常變化，從而對地球造成強烈的電磁輻射，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，遠離強電磁輻射，臥室里盡量少放家用電器；其次要減少在輻射區(qū)的工作時間，并定時進行戶外活動；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，關鍵是要在平時增強自我防范意識.還必須明確一點，短時間的輻射是不會有多大危害的. 3.自制無線電發(fā)射和接收裝置 無線電通信在日常生活中應用越來越普及.學生在學習這部分內容時很感興趣，特別是在學習電磁波的發(fā)射和接收這些內容時熱情更高.教材為形象、直觀幫助學生接受這些內容，利用學生信號源和收音機等儀器來做一些演示實驗，起到了直觀生動地說明問題的作用.但由于這些實驗現象都只是定性地說明問題，學生對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地像廣播電臺或大哥大那樣使聲音隨電磁波發(fā)射出去，并能接收到，使學生身臨其境，以消除他們的神秘感，從而也就達到了更好的教學效果.我們在教學過程中，通過對信號源和收音機的改造，實現了這一設想.具體制作過程如下. 一、器材：J2465型學生信號源一臺，（熊貓B737 A）收音機二臺，10 Ω電阻一個. 二、改制過程 （1）話筒的改制.把一臺收音機（甲）拆開，找到線路板上音量開關W的中心抽頭P，如圖1所示.將它附近的線路截斷；把機內揚聲器改接在A點和D點之間.從揚聲器原來所在的接線位置各引出一條導線.其中一條為“地”線與信號源“地”線相接；另一條作為音頻信號輸出線，與圖3的電容器C1相接.這樣就把該收音機改制成一個有源話筒了. 圖1 圖2 （2）發(fā)射裝置的改制.從（J2465）學生信號源的線路板上找到信號輸出級電路，如圖2所示.切斷變壓器B的次級線圈與電容器C1間的線路.再切斷電容器C2與R3間的線路，讓B的次級線圈與C2連接.把一個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長的導線作為發(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 第十八章 電磁和電磁波 五、無線電波的發(fā)射和接收(備課資料) （3）用另一臺收音機（乙）作為接收裝置. 三、使用方法 （1）連接好線路.將信號源的“等幅—調幅”開關扳到等幅位置.使它產生535~1605 kHz的高頻等幅波信號. （2）打開電源開關.調節(jié)“頻率調節(jié)”旋鈕到某一位置，如白天時調到12 kHz.一方對著收音機（甲）講話；另一方在旁邊用收音機（乙）收聽，當收到講話聲音時，就不再調節(jié)其調諧旋鈕了.然后就可讓收音機（乙）遠離信號源，約100 m范圍內均可收到所發(fā)出的聲音. （3）在教學時，若從圖3的F點引出信號到示波器，可觀察到音頻信號的波形圖像.若從G點引出信號到示波器，可觀察調幅波信號波形圖像，當關閉收音機（甲）時，可觀察到高頻信號波形圖像. 該裝置具有既能用于教學演示，增強演示實驗內容的真實性，擴大學生的視野，激發(fā)他們學習科學技術的興趣，又能作為短距離的簡單通信工具等的特點.