2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第十八章 电磁和电磁波 五、无线电波的发射和接收(备课资料).doc

备课资料1.电磁波的传播不同波长的电磁波有着不同的传播特性.无线电波的传播方式大致有三种：地波、天波和直线传播.地波是沿地球表面空间传播的.由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，只有能绕过这些障碍物的无线电波才能被各处接收到.由于长波的波长比较长，都能够因衍射而绕过这些障碍物.地波沿地面传播，由于地球是导体，地球表面就会因电磁感应而激起感生电流，这就要消耗能量，因此地波在传播过程中有能量损失，而且电磁波的频率越高，这种能量损失越大.因此，从能量损失的角度来看，只有长波、中波和中短波适宜以地波的形式传播，对短波和微波则不适宜.由于地波在传播过程中要不断损失能量，因此中波和中短波的传播距离不太大，一般在几百千米范围内，收音机的这一波段一般只能收听到本地或附近省市的电台信号，长波的传播距离可以远得多，但发射长波的设备庞大，造价高.因此无线电广播一般不用长波，长波常用于超远程无线电通讯和导航技术领域.天波是依靠电离层的反射来传播的无线电波.电离层分布在大气层中距地60 km到400 km的范围内，它是空气受宇宙辐射后电离形成的.它的重要特征之一是能反射无线电波，它反射无线电波的本领随电磁波的频率增大而减小.它的另一特征是要吸收无线电波，它吸收无线电波的本领随电磁波频率的减小而增大.可见，各种无线电波中，频率太高的微波会穿过电离层而不被反射，频率太低的长波会被电离层吸收，短波最适宜于以天波的形式传播.由于短波靠电离层反射来传播，因此可以传播到几千千米以外的地方.电离层是不稳定的，白天电离程度高，夜晚电离程度低.由于夜晚电离程度低，它对中波和中短波的吸收减弱，这时中短波和中波也可以用天波的形式传播，因此在晚上可以收到许多远地的中波和中短波电台信号.由于电离层是不稳定的，因此被电离层反射的天波信号的强弱也是不稳定的，所以收音机接收短波广播时，声音常是忽大忽小.微波既不能以地波的形式传播，也不能依靠电离层的反射以天波的形式传播.微波只能在空间直线传播.由于地球表面是圆球形，沿直线传播的微波要从地面上某地传到地面上另一地时，就需要高处的天线或卫星来接收和转播.这种传播方式受大气的干扰小，能量损耗小，所以接收到的信号较强而且比较稳定.电视信号和雷达信号采用的都是微波.2.电磁污染通常我们所说的污染有大气污染、水污染、土壤污染和化学污染等.对于电磁污染，人们往往了解得很少，其实这种污染正悄悄地逼近人们.根据最新资料表明：电磁污染是比化学污染更为严重的污染.会给人们的健康带来更为深远的威胁和危害.那么什么是电磁污染呢？电磁污染是一种新形式的污染，又称电磁辐射，它是指空间中的电磁辐射超过安全标准而对人体造成危害的现象.电磁辐射的来源：首先，自从人类进入电器时代，电能的输送就遍及世界的每个角落，在输电线的周围存在着电场和磁场，特别是在电厂的周围存在着极为强烈的电磁场.存在电磁场就存在电磁辐射.其次，由于通讯手段的日益先进，各种发射台、中继站的大量使用都使人们生活的空间充满了电磁辐射，值得一提的是各种家电和手机也成了一种不可忽视的电磁场源，特别是手机的场源十分靠近人体和大脑，可能会影响到大脑的正常工作.据报道，现在地球空间的电磁波的强度约为一个世纪前的一亿倍以上.最后还有来自宇宙空间的突变的电磁场，比如太阳“黑子”活动频繁时，也会对地球电磁场造成显著影响.电磁辐射的危害：从20世纪70年代人们才开始这方面的研究，目前关于这方面的研究结果仍无定论，但有一点可以肯定：长期处于高强度电磁辐射的人，其神经系统、免疫系统及遗传物质结构都要受到严重的危害.其一、扰乱神经系统神经系统是人体进行正常生理活动的指挥中心，而大脑则是这个中心的司令员.电磁场可以通过下面两个方面对神经系统施加作用.一是电磁场可改变神经细胞细胞膜的膜电位和通透性，从而使得人体中正常的神经信号的传导受到影响.二是研究发现人脑中存在着极为微小的矿物磁性颗粒晶体，外部的高频电磁场会同这些颗粒发生作用，从而影响脑的功能，进而扰乱神经系统的活动.具体表现为使人感到头晕头痛、失眠、记忆力衰退、易疲劳等症状.另外由于电脑的普及，因电脑显示屏的电磁辐射作用，使电脑操作环境的正常阴阳离子平衡遭到破坏，从而容易引起操作者失眠、疲劳、烦躁或精神不振、肌肉劳损等病症.其二、削弱免疫系统免疫系统是人体免受外界细菌、病毒侵害的自我防护系统.研究显示，在高频电磁波辐射时，人体卫士淋巴细胞会发生病变.另外动物实验还表明，长时间的电磁辐射会使血脑屏障渗透性增强，细菌病毒会更容易进入脑细胞，从而削弱免疫系统.据保健时报报道，当家电产生的电磁辐射强度超过0.2 T时，长期在这种环境下生活、工作，会导致免疫功能失调，且容易引起癌症.专家还指出，家用吸尘器工作时的电磁辐射可达90 T，为安全标准的四、五百倍.其三、破坏遗传结构研究表明，穿梭于DNA双螺旋上的电荷可能会直接与电磁场作用，使DNA受到影响.美国的科学杂志指出，60 Hz的电磁波可能会破坏DNA结构.尤其是0.01100 Hz这一极低频段的电磁波，具有传播远，穿透力极强等特征，更容易破坏DNA结构.进一步的动物实验表明，处于该条件下的小白鼠细胞中的DNA增殖加快.对于高频电磁场，电场和磁场可以穿过细胞膜直接进入细胞内部与DNA发生作用.手机的电磁场正处于高频段，这可能会影响细胞内遗传物质的复制和转录，进而影响到遗传信息的表达.这也许就是手机用户中患脑癌几率相对较高的原因.值得一提的是：当来自地球外部的电磁场发生剧变时，会对地球空间的电磁场产生巨大影响.比如，太阳活动活跃时，太阳的磁场发生异常变化，从而对地球造成强烈的电磁辐射，皮肤病的发病率明显增加，并造成地球上部分地区通讯中断.电磁污染的防范：首先要改善居住环境，远离强电磁辐射，卧室里尽量少放家用电器；其次要减少在辐射区的工作时间，并定时进行户外活动；再次要采取一定的屏蔽措施，尽量减小电磁污染的危害性；最后，关键是要在平时增强自我防范意识.还必须明确一点，短时间的辐射是不会有多大危害的.3.自制无线电发射和接收装置无线电通信在日常生活中应用越来越普及.学生在学习这部分内容时很感兴趣，特别是在学习电磁波的发射和接收这些内容时热情更高.教材为形象、直观帮助学生接受这些内容，利用学生信号源和收音机等仪器来做一些演示实验，起到了直观生动地说明问题的作用.但由于这些实验现象都只是定性地说明问题，学生对此还是感到不好理解.如能在课堂上利用一些装置因陋就简地像广播电台或大哥大那样使声音随电磁波发射出去，并能接收到，使学生身临其境，以消除他们的神秘感，从而也就达到了更好的教学效果.我们在教学过程中，通过对信号源和收音机的改造，实现了这一设想.具体制作过程如下.一、器材：J2465型学生信号源一台，（熊猫B737 A）收音机二台，10 电阻一个.二、改制过程（1）话筒的改制.把一台收音机（甲）拆开，找到线路板上音量开关W的中心抽头P，如图1所示.将它附近的线路截断；把机内扬声器改接在A点和D点之间.从扬声器原来所在的接线位置各引出一条导线.其中一条为“地”线与信号源“地”线相接；另一条作为音频信号输出线，与图3的电容器C1相接.这样就把该收音机改制成一个有源话筒了. 图1 图2（2）发射装置的改制.从（J2465）学生信号源的线路板上找到信号输出级电路，如图2所示.切断变压器B的次级线圈与电容器C1间的线路.再切断电容器C2与R3间的线路，让B的次级线圈与C2连接.把一个10 的电阻R串入三极管的集电极电路里；并从集电极引出一条2 m长的导线作为发射天线，如图3所示.这样就改造好了.2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第十八章 电磁和电磁波 五、无线电波的发射和接收(备课资料)（3）用另一台收音机（乙）作为接收装置.三、使用方法（1）连接好线路.将信号源的“等幅调幅”开关扳到等幅位置.使它产生5351605 kHz的高频等幅波信号.（2）打开电源开关.调节“频率调节”旋钮到某一位置，如白天时调到12 kHz.一方对着收音机（甲）讲话；另一方在旁边用收音机（乙）收听，当收到讲话声音时，就不再调节其调谐旋钮了.然后就可让收音机（乙）远离信号源，约100 m范围内均可收到所发出的声音.（3）在教学时，若从图3的F点引出信号到示波器，可观察到音频信号的波形图像.若从G点引出信号到示波器，可观察调幅波信号波形图像，当关闭收音机（甲）时，可观察到高频信号波形图像.该装置具有既能用于教学演示，增强演示实验内容的真实性，扩大学生的视野，激发他们学习科学技术的兴趣，又能作为短距离的简单通信工具等的特点.