《(貴陽(yáng)專版)2020年秋九年級(jí)物理全冊(cè) 第19章 走進(jìn)信息時(shí)代 第2節(jié) 讓信息飛起來(lái) 電磁波的基本知識(shí) (新版)滬科版》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(貴陽(yáng)專版)2020年秋九年級(jí)物理全冊(cè) 第19章 走進(jìn)信息時(shí)代 第2節(jié) 讓信息飛起來(lái) 電磁波的基本知識(shí) (新版)滬科版(3頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、電磁波的基本知識(shí)
自1888年赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在,迄今,人們已經(jīng)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(xué)研究證明電磁波是一個(gè)大家族。所有這些電磁波僅在波長(zhǎng)(或頻率)上有所差別,而在本質(zhì)上完全相同,且波長(zhǎng)不同的電磁波在真空中的傳播速度都是。因?yàn)椴ǖ念l率和波長(zhǎng)滿足關(guān)系式,所以頻率不同的電磁波在真空中具有不同的波長(zhǎng)。
自從電磁波發(fā)現(xiàn)以來(lái),電磁波的應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。1895年俄國(guó)科學(xué)家波波夫發(fā)明了第一個(gè)無(wú)線電報(bào)系統(tǒng)。1914年語(yǔ)音通信成為可能。1920年商業(yè)無(wú)線電廣播開始使用,20世紀(jì)30年代發(fā)明了雷達(dá),40年代雷達(dá)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(cè)、軍事應(yīng)用、科學(xué)研究等諸多方面得到廣泛的應(yīng)用。
電磁波的頻率愈高,相應(yīng)的波長(zhǎng)就越短。無(wú)線電波的波長(zhǎng)最長(zhǎng)(頻率最低),而射線的波長(zhǎng)最短(頻率最高)。目前人類通過(guò)各種方式已產(chǎn)生或觀測(cè)到的電磁波的最低頻率為,其波長(zhǎng)為地球半徑的倍,而電磁波的最高頻率為,它來(lái)自于宇宙的射線。將電磁波按頻率或波長(zhǎng)的順序排列起來(lái)就構(gòu)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(zhǎng)范圍(波段)的電磁波名稱。
在電磁波譜中,波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是無(wú)線電波。一般將頻率低于的電磁波統(tǒng)稱為無(wú)線電波。無(wú)線電波通常是由電磁振蕩電路通過(guò)天線發(fā)射出去
3、的。無(wú)線電波按波長(zhǎng)的不同又被分為長(zhǎng)波、中波、短波、超短波、微波等波段。其中,長(zhǎng)波的波長(zhǎng)在3km以上,微波的波長(zhǎng)小到0.1mm 。
不同波長(zhǎng)(頻率)的電磁波有不同的用途。廣播電臺(tái)使用的頻率在中波波段;電視臺(tái)使用的頻率在超短波段;用來(lái)測(cè)定物體位置的雷達(dá)、無(wú)線電導(dǎo)航等使用的頻率在微波段。
就其傳播特性而言,長(zhǎng)波、中波由于波長(zhǎng)很長(zhǎng),衍射現(xiàn)象顯著,所以從電臺(tái)發(fā)射出去的電磁波能夠繞過(guò)高山、房屋而傳播到千家萬(wàn)戶;短波的波長(zhǎng)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(yuǎn)。超短波、微波由于波長(zhǎng)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(shè)中繼站,以改變其傳播方向,使之克服地
4、球形狀將電信號(hào)傳到遠(yuǎn)處。電視,遠(yuǎn)距離通訊、雷達(dá)都采用微波。當(dāng)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(wú)線電信號(hào)傳送到地球上大部分地區(qū)。
γ射線是一種比X射線波長(zhǎng)更短的電磁波,它的波長(zhǎng)在0.3nm以下,頻率在以上,。它來(lái)自宇宙射線或是由某些放射性元素在衰變過(guò)程中放射出來(lái)的。γ射線的能量極高,穿透能力比X射線更強(qiáng),也可用于金屬探傷等。通過(guò)對(duì)γ射線的研究,還可幫助了解原子核的結(jié)構(gòu)。此外,原子武器爆炸時(shí),有大量γ射線放出,它是原子武器主要?dú)蛩刂?。γ射線也是人類研究天體,認(rèn)識(shí)宇宙的強(qiáng)有力的武器。
X射線又稱倫琴射線 (俗稱X光),是波長(zhǎng)比紫外線更短的電磁波,其波長(zhǎng)
5、范圍在之間。它一般是由倫琴射線管產(chǎn)生的,也可由高速電子流轟擊金屬靶產(chǎn)生,它是由原子中的內(nèi)層電子發(fā)射的。X射線具有很強(qiáng)的穿透能力,能使照相底片感光、使熒光屏發(fā)光。這種性質(zhì),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(wú)損檢測(cè)的必要手段。由于X射線的波長(zhǎng)與晶體中原子間距的線度相當(dāng),也常被用來(lái)分析晶體結(jié)構(gòu)。
波長(zhǎng)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(zhǎng)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(yáng))時(shí),就會(huì)輻射紫外線。
紫外線有顯著的生理作用,殺菌能力較強(qiáng)。在醫(yī)療上有其應(yīng)用;許多昆蟲對(duì)紫外線特別敏感,可用紫外燈來(lái)誘捕害蟲;紫外線還會(huì)引起強(qiáng)烈的化學(xué)
6、作用,使照相底片感光。另一方面,波長(zhǎng)為290~320nm的紫外線,對(duì)生命有害。臭氧對(duì)太陽(yáng)輻射中的上述紫外線的吸收能力極強(qiáng),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(hù)傘。
在電磁波譜中,可見光只占很小的一部分波段,即波長(zhǎng)范圍在400~760nm之間,這些電磁波能使人眼產(chǎn)生光的感覺(jué),所以叫做光波。人眼所看見的不同顏色的光,實(shí)際上是不同波長(zhǎng)的電磁波,白光則是各種顏色(紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫)的可見光的混合。波長(zhǎng)最長(zhǎng)的可見光是紅光(=630~760nm),波長(zhǎng)最短的光是紫光(=400~430nm)。
因?yàn)椋獠ǖ牟ㄩL(zhǎng)比無(wú)線電波更短,它在傳播時(shí)的直線性、
7、反射和折射性質(zhì)就比超短波、微波更為顯著;僅當(dāng)光通過(guò)小孔、狹縫等時(shí),才明顯地顯示出衍射現(xiàn)象(參閱第五編"光學(xué)")。
在微波和可見光之間的一個(gè)廣闊波段范圍(波長(zhǎng)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(zhǎng)比紅光更長(zhǎng)。
紅外線是由熾熱物體輻射出來(lái)的,人體就是一個(gè)紅外線源。紅外線的顯著特性是熱效應(yīng)大,能透過(guò)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(chǎn)和軍事上有著重要應(yīng)用。例如用紅外線烘干油漆,干得快、質(zhì)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(zhǎng)和強(qiáng)度不同,故在夜間或濃霧天氣可通過(guò)紅外線探測(cè)器來(lái)接收信號(hào),并用電子儀器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理,或用對(duì)紅外線敏感的照相底片進(jìn)行遠(yuǎn)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(shù)稱為紅外線遙感。利用遙感技術(shù)可在飛機(jī)或衛(wèi)星上勘測(cè)地形、地貌,監(jiān)測(cè)森林火情和環(huán)境污染,預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)、寒潮,尋找水源或地?zé)岬?。此外,根?jù)物質(zhì)對(duì)紅外線的吸收情況,可以研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步相信,電磁波譜的兩端還將不斷擴(kuò)展,電磁波的應(yīng)用也將進(jìn)一步擴(kuò)展。
以后在光學(xué)、原子物理學(xué)和原子核物理學(xué)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(guān)問(wèn)題。