1、14.4 电磁波与信息化社会 学习目标学习目标 了解电磁波与信息的传递。 重点：雷达的特点和测距方法。 难点：电视、雷达等的基本原理。 知识梳理知识梳理 知识点一、知识点一、电磁波与我们的生活电磁波与我们的生活 1电视台通过电磁波，将精彩的电视节目展现给我们。 2移动通信设备极大的方便了我们的联系。 3收音机 4无线上网设备。 5雷达设备在军事、气象等方面有广泛的应用。 6汽车的防盗器。 7通信卫星已经渗入到生活的各个部分。 知识点二、电磁波特点分析知识点二、电磁波特点分析 1电磁波具有波动所特有的性质干涉、衍射。 2衍射遇到障碍物时，波动能够偏离直线绕过障碍物，继续传播。 3相同的障碍物情况
2、下，波长越长，越容易发生衍射现象。 4频率越高，波长越短，越能够更好的沿直线传播。 知识点三、电磁波的传播方式知识点三、电磁波的传播方式 1地波传播：因为波长很长，能够很好的绕过障碍物，所以可以贴地面传播。长 波、中波、中短波。 2天波传播：波长比较短，不容易衍射，容易被吸收，靠距地表 50几百 km 的电离层 反射传播电磁波。短波 3直线传播：波长非常短，能够穿透电离层，沿直线传播。微波 题 1.关于电磁波的传播，下列叙述正确的是 A电磁波频率越高，越易沿地面传播 B电磁波频率越高，越易直线传播 C电磁波在各种介质中传播波长恒定 D只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍全世界
3、方法归纳：记住波长越长衍射能力越强，波在各种介质中传播时频率不变，传播速度公 式 v=f 是解题关键。 知识点四、电磁波的应用知识点四、电磁波的应用 1电视 （1）简单地说：电视信号是电视台先把影像信号转变为可以发射的电信号，发射出去 后被接收的电信号通过还原，被还原为光的图象重现荧光屏。 摄像管：电子束把一幅图象按照各点的明暗情况，逐点变为强弱不同的信号电流，通过 天线把带有图象信号的电磁波发射出去。 （2）电视机的接收端显像管的电子束也在屏幕上扫描，扫描的方式与步调与摄像管 的扫描同步，同时，显像管电子枪发射的电子束的强弱受图象信号的控制。 2雷达 （1）雷达在军事、飞机导航、气象预测方面
4、有巨大作用。 （2）雷达工作原理 利用发射与接收之间的时间差，计算出物体的距离。雷达所用电磁波特点 微波 （超短波） 频率高， 波长极短， 沿直线传播， 能够穿过电离层， 受大气影响小， 收到的信号强且稳定。 3确定位置的方法：已知无线电波的传播速度为 c，测出从发射无线电波脉冲到接收 到反射回来无线电波的时间 t，就可由公式 2sct 确定被测物体的距离，再根据无线电波的 方向和仰角，便可以确定被测物体的位置了。 4构造及特点 一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置（显示器） 、电源、用于控制雷达工 作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。 （1）雷达既是无线电波的发射端，又是无线电
5、波的接收端； （2）雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段； （3）雷达发射的是不连续的无线电波，即脉冲，每次发射时间短于 1 s，两次发射的 时间间隔约为 0.1 ms； （4）障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。 5应用：探测飞机、导弹等军事目标；可以用于导航；天文学上研究星体；在气象上 可以用于探测台风、雷雨、乌云。 雷达侦察问题的解决方法 （1）电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速 c，由波速、波长和频率三者 间的关系可求得频率。 （2）根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此 反射波必须在下一个发射波发出前到达雷达接收器。 （3
6、）雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的间隔时间内传播距 离的一半。 题 2.据飞行国际报道称，中国制造的具有隐身能力和强大攻击力的战斗机歼 31，如图所示，于 2012 年 10 月进行了公开首飞。隐形飞机的原理是：在飞机研制过程中 设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。根据你所学的物理知识，判断下 列说法中正确的是 A运用隐蔽色涂层，无论距你多近的距离，即使你拿望远镜也不能看到它 B使用吸收雷达电磁波材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现 C使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感 应电流 D主要是对发动机、喷气
7、尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温 等措施，使其不易被对方发现和攻击 题 3.某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行， 已知雷达发射相邻两次 电磁波之间的时间间隔为 5 10 4 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲，t173 s 后 雷达向正上方发射和接收的波形如图乙，雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔为 10 4 s，电 磁波的传播速度为 c3 108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？ 题 4.某地的雷达正在跟踪一架向雷达匀速飞来的飞机。 设某一时刻从雷达发出电磁波后 到再接收到反射波历时 200 s；经 4 s 后又发出一个电磁波。雷达从发出电磁波
8、到再接收到 反射波历时 186 s，则该飞机的飞行速度多大？ 题 5.一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为 1 s，两次发射的时间间隔为 100 s，在指示器的荧光屏上现出的尖形波如图所示，已知图中刻度 ab=bc，则障碍物与雷 达之间的距离是_。 方法归纳：在荧光屏上根据波幅很容易区分发射波和反射波，根据两个尖形波距离，可 直接从荧光屏上的刻度读出障碍物的距离。 知识点五、电磁波的危害知识点五、电磁波的危害 1手机的危害原因 （1）在待机状态下，手机不断的发射电磁波，与周围环境交换信息。 （2）手机在建立连接的过程中发射的电磁波特别强。 （3）手机危害的预防 移动电话接通瞬间释放的电
9、磁波容易产生不好的影响， 所以移动电话响时， 一秒后再 听手机。 如果身边有其他电话可用， 就不要使用手机。 在使用手机时， 可以采用手机专用耳机， 实现远距离使用是比较有效的办法。 休息时不要将手机置于枕头边。 注意手机的摆放位置。医学专家建议我们，手机不用时最好放在包里，但不要放在胸 前的口袋中，也不要直接挂在胸前。 多吃绿茶可以防范辐射。 使用绿色手机。 GSM 标准的手机的辐射标准为 0.62 瓦，而采用 CDMA 技术的手 其辐射标准要小得多，所以 CDMA 手机被称作绿色手机。 2电磁波可能造成的伤害：手机释放的电磁辐射对脑细胞的影响；电磁辐射的遗害会 不断累积，在十至十五年后，很
10、可能出现更多因手机普及而导致的癌症病例；电磁辐射对胎 儿的发育起到极大的影响。容易导致胎儿畸形和发育不良。 3电磁污染 （1） 电磁污染基本上是两大类： 一是自然界所固有的； 再就是人在利用电磁能时形成的。 （2）目前在人类的生存环境中，自然界固有的电磁辐射的影响已相对较小，人为的电 磁辐射的影响却在迅速增大。在我国近十几年来电磁辐射的影响更是爆炸性的增强，电气 烟雾弥漫在我们周围。 （3）作为人造电磁辐射源，它还涉及很多方面。例如，广播电台、电视台、雷达、导 航、通信、射电天文、气象预测、医疗设备中的电针炙、核磁共振等，宇航方面的各种飞行 器等电子设备都会辐射电磁波，家庭中使用的微波炉、红外
11、烤箱等家用电器，也都会产生电 磁辐射。 （4）生活环境中充满了电磁波，只要是使用电的电器用品，都会放出电磁波。墙壁中 看不见的电线，也会使电磁波检测笔哔哔叫。所以睡觉时不要太靠近装有电线的墙壁，以免 因电磁波影响而无法好好睡一觉。 （5）而现代人人手一手机，它的电磁波其实是很强的。在电脑前拨通手机，大家往往 会发现电脑萤幕闪铄不已。又在打开收音机前拨通手机，收音机也受到很大的干扰。 （6）微波炉的微波也是很强的电磁波，有人曾经做过实验，发现微波抑制了植物的生 长！这个实验是将 4 盆绿豆苗分别放入微波炉中照射微波 5 秒、10 秒、15 秒、20 秒後，移 出置於空旷处。另外一盆完全不照射微波
12、做为实验控制组。 将鱼眼睛放入微波炉中， 照射微波九秒後观察鱼眼睛的变化。 发现微波使鱼眼睛煮熟了。 而当人的眼晴暴露在微波中， 人眼晴中的水晶体也会和鱼眼睛一样变白， 於是再也看不见东 西了，这就是所谓的白内障。 因此当妈妈使用微波炉煮点心时， 小朋友千万不要在微波炉的玻璃门外看着， 以免视力 会越来越差。 题 6.科学技术是一把双刃剑.电磁波的应用也是这样.它在使人类的生活发生日新月异变 化的同时也存在副作用电磁污染.频率超过 0.1 MHz 的电磁波的强度足够大时就会对人 体构成威胁.按照有关规定，人体所受到的电磁辐射强度（即单位时间内垂直通过单位面积 的电磁波的能量）不得超过某一规定值
13、 Ie。已知某无线通信设备发射电磁波的功率为 P，设 该通信设备向四面八方均匀地发射电磁波， 且电磁波在传播过程中无能量损失。 由数学知识 可知，球面的面积 S=4r2（式中 r 为球半径） ，球半径与球面总是垂直的.根据上述资料，可 估算出人体到该通信设备发射电磁波处的安全距离至少应为， 这时人体所受到的电磁辐射强 度才不会超过规定值。 4电磁污染预防 （1）拔掉插头可防止电磁波： 电器用品不使用时，最好将插头拔掉，避免室内环境受 到电磁波的侵害。 （2）保持距离可减少电磁波： 没错，距离越远，电磁波强度越弱。所以在使用电器用 品像电脑、 电视、 电风扇、 吹风机、 微波炉、 电磁炉时， 都
14、要远离这些电器用品， 以策安全。 5电磁泄密：磁泄露造成泄密 电磁辐射除了造成无法清理的磁污染外，低强度的电磁 泄露会带来意想不到的麻烦。 法国某公司机要室附近停了一辆机动车， 车内配备有电磁传感器、 高灵敏度接受机和简 易信息处理系统。 车内电子探测系统与机要室的电脑信息网络之间无任何信息传输通道。 奇 妙的是， 车内的显示荧屏上展示的图文信息， 居然与机要室微机荧屏上显示的信息完全一样。 这就是因为网络上的荧屏、 机壳接缝、 键盘、 电缆接头等处产笺电磁泄露， 辐射到处间， 它们可以被某些哪怕是简易的探测系统窃收和破译。 目前， 世界上不少国家都把美国作为电 脑间谍活动及信息破坏的对象。为
15、此，五角大楼坚持每年拨款数十亿美元，用来保障所有相 关指挥系统的信息安全。 【参考答案】 题 1. 答案：BD 解析：由 c=f 可判定：电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，不宜沿地面传播， 而跟光的传播相似，沿直线传播，故 B 选项对 A 选项错；电磁波在介质中传播时，频率不 变，而传播速度改变，由 v=f 可判断波长改变，C 选项错；由于同步卫星相对地面静止在赤 道上空 3 600 km 高的地方，用它作微波中继站，只要有三颗，就能覆盖全球，D 选项正确。 题 2. 答案：B 解析：雷达向外发射电磁波，当电磁波遇到飞机时就要发生反射，雷达通过接收反射回 来的电磁波，就可以测定飞机的位置，
16、所以要想降低飞机的可探测性，可以使用吸收雷达电 磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现，选项 B 正确。 题 3. 答案：335 m/s 解析：由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔 t010 4 s，甲图发射波和接收波的时间 间隔 t14 10 4 s， 乙图时间间隔 t 21 10 4 s， 所以第一次飞机位置距雷达的距离为 s 1c t1 2 6.0 104 m，第二次飞机在雷达正上方，所以飞机高度 hc t2 21.5 10 4 m，所以 173 s 内 飞机飞行的水平距离为 s s21h2 6.02 1081.52 108 m5.8 104 m，所以 vs t335
17、 m/s。 题 4.答案：525 m/s 解析：由电磁波发射到接收到反射波历时 200 s，可算出此时飞机距雷达的距离为： L13.0 10 8 200 106 2 m3.0 104 m。经 4 s 后，飞机距雷达的距离为： L23.0 10 8 186 106 2 m2.79 104 m，故飞机飞行的速度为： vL1L2 t 0.21 10 4 4 m/s525 m/s。 题 5.答案：7.5 103 m 解析：图中 a 和 c 处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b 处的尖形波是雷 达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由 ab=bc，可知无线电波发射到返回所用时间 为 50 s。 设雷达离障碍物的距离为 s，无线电波来回时间为 t，波速为 c， 由 2s=ct 得 s= 2 ct = 2 1050103.0 -68 m=7.5 103 m。 题 6. 答案： 4 e p I 解析：由题给信息知发射的电磁波都分布在以天线为中心的球面上， 即： 2 4 p r Ie， 则：r 4 e p I 。方法归纳：解决本题时需构建物理模型，电磁波发射出去后，电磁波所有 的能量都均匀分布在以天线为中心的球面上， 就像太阳发出的光都均匀分布在以太阳为中心 的球面上一样。