教科版九年级物理下册第十章电磁波与信息技术

第十章 物理学与能源技术 1.神奇的电磁波 美国“勇气号”火星探测器 “勇气号”通 过什么媒介将 图像从遥远的 火星传回地球？ 导入新课 你们知道在这些现象中，人们 是通过什么传递信号的吗？ 为什么可以利用遥控器 选择电视节目？又是谁将播音 员的话语、动听的音乐送进我 们的收音机的？ 1.了解电磁波的产生；知道电磁波能在真空中传播。 2.知道光是一种电磁波；记住电磁波在真空中传播速度。 学习目标 以上信息的传递都是通过电磁波进行的。电 磁波能传播声音、文字和图像，还能进行各种远 距离控制。那么，电磁波是如何产生的呢？ 讲授新课 一、认识电磁波 水波的形成：小石子投到 平静的水面上，泛起涟漪， 形成了水波。 声波的形成：轻轻拨动琴 弦，琴弦的振动激起了声 波。 1.水波和声波的形成 想一想：电磁波看不见（可见光除外）、摸不着，如何 感觉它的存在呢？ 我们可通过实验来间接观察它的存在。 声波看不见，摸不到，但声波传到我们的耳朵， 会引起鼓膜振动，使我们产生听觉。由此可见：波 是自然界普通存在的现象。 动手做：探测电磁波 （1）实验器材：收音机、导线、电池、锉 2.电磁波 1.打开收音机，转动调谐旋钮，调至没有电台的位置。 2.将导线一端接在干电池的负极，另一端时断时续地 与电池的正极接触。 3.注意倾听收音机里与导线接触或离开正极瞬间同步 的嚓嚓声。 （2）实验步骤： （3）探测电磁波视频 （4）实验结论 当导体中有迅速变化的电流时，会向周围空间 发射电磁波。 从收音机里你听到与导线接触或离开正极瞬间同 步的嚓嚓声，那就是你发射的神秘的电磁波。 1.电磁波的波长、频率 与水波、声波相似，电磁波也有波长、频率。 波长 波长 波峰 波谷 波的图像 λ λ 二、描述电磁波 （1）波长：振动一次波传播的距离（相邻两个波峰或波谷 之间的距离）用字母λ表示。单位：m。 （2）频率：1秒钟波振动的次数叫频率，用字母 f 表示。单 位：赫兹（Hz） 常用单位：千赫（KHz）、兆赫（MHz） “勇气号”可利用电磁波穿越 空无一物的漫漫太空与地面 科学家取得联系，说明电磁 波传播不需要介质。 2.电磁波的传播 声音的传播需要固体、液体、气体等介质。 （1）电磁波的传播需要介质吗？ （2）小实验 ① 实验器材：手机、玻璃罩、抽气机 ②实验步骤： 1.如图所示用抽气机抽去 玻璃罩中的空气。 2.打电话呼叫玻璃罩中的 手机。 3.观察现象 视频：真空玻璃罩中的手机 ③现象：能看到手机提示灯闪烁，听不到钟罩中电铃发出的 声音。 ④结论：电磁波能在真空中传播，或者说电磁波传播不需要 介质。声音不能在真空中传播。 （1）观察：收音机的刻度盘 打开收音机，转动调谐旋钮，调到不同频率 的位置，就会收听到不同电台的广播节目。观察 收音机的刻度盘，你知道上面数字的含义吗？ 三、电磁波谱 频率范围： 调频(FM) 56- 108 兆赫(MHz) 中波(MW) 525 - 1600千赫(KHz) 短波1-2(SWl-2)6.00-18.00 MHz 电磁波是个大家族，收音机的刻度盘上标示的只是电 磁波家族的一小部分。红外线、可见光、紫外线、X射线、  射线等，都是家族中的成员，只是它们各有不同的波长 和频率范围。按电磁波频率的大小，我们可以给它们排排 “家谱”，看看电磁波家族都有哪些成员。  射 线 X 射 线 紫 外 线 红 外 线 毫 米 波 厘 米 波 分 米 波 超 短 波 短 波 中 波 长 波 无 线 电 波 10-3 10-1 10 103 105 107 1020 1018 1016 1014 λ(nm) 波长 109 1011 1013 频率 f (Hz) 1012 1010 108 106 104 （2）电磁波谱 可 见 光 ①可见光 同样，所有电磁波在真空中都以光速传播。 光是一种电磁波，光速即为电磁波传播速度 在电磁波的大家族中，我 们最熟悉的成员是可见光了， 它在真空中以c =3.0 ×108 m/s 的速度传播。 ②波速、波长、频率 设电磁波的波长λ、频率f ，那么根据波长和频率的定义， 有 c：波速，真空或空气中为 3.0×108m/s c=λf λ：波长，单位：m 例：打开收音机，将调谐旋钮转动到中央人民广播电台第一 套节目，已知这套节目的发射频率为640 KHz。请根据c=λf计 算这套节目用来发射信号的电磁波的波长。你计算结果与收 音机刻度盘上标出的波长数值一致吗？ 解：c=3.0×108m/s, f= 640 kHz=6.4×105Hz， 由c=λf 得λ=c/f=3.0×108m/s/6.4×105Hz =468.75m 电磁波有极其广泛的应用 射 线检 测金 属中 的缺 陷 X射线 检透 视人 体内 部情 况 紫 外 线 消 毒 从红 色到 紫色 的可 见光 红 外 热 感 照 相 机 微 波 炉 微 波 雷 达 电 视 机 收 音 机 神 奇 的 电 磁 波 产生：电流的变化会在空间激起电磁波 传播 不需要介质 在真空中电磁波的波速c=3.0×108m/s 特征 波长λ 频率f 波速c 波长、频率、波速之间的关系： c=λf 课堂小结 1.嫦娥二号卫星的微波探测仪可探测“月壤”发出的频率 3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz的微波辐射 （1GHz=109Hz），下列说法中不正确的是（  ） A.微波可传输信息 B.这四种微波在真空中波长一样 C.金属可屏蔽微波 D.这四种微波在真空中传播速度与光速相同 B 随堂训练 2.关于电磁波，下列说法正确的是（  ） A.微波、无线电波、红外线都属于电磁波 B.电磁波的传播速度比光速小 C.抽成真空的玻璃罩能屏蔽电磁波 D.根据公式c=λf可以推断频率越高的电磁波，波速越大 A 3.科学家发现儿童对手机辐射的吸收是成年人的三 倍，建议儿童尽量减少使用手机，手机辐射其实 是（ ） A.电磁波 B.次声波 C.超声波 D.声波 A 4.下列说法错误的是（  ） A.无线电波的传播也是能量的传递 B.我们生活的空间充满电磁 C.雷达利用电磁波监测空中目标 D.雷雨天打雷时，收音机中发出的“咔、咔”声，是 由于雷声的响度太大造成的。 D 第十章 电磁波与信息技术 2.电磁波的应用 电磁波是一个庞大的家族，频率由小到大的电磁波谱 是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ 射线电磁波具有十分广泛的用途。不过综合其各种应用基 本上都集中在两个方面的性质上：（1）利用了电磁波的 信息特征。（2）利用了电磁波的能量特性。 导入新课 1.了解光信号和电信号的转换过程。 2.了解电视信号的录制、发射和接收过程。 学习目标 在许多情况下，向外辐射电磁波的物质其固有信 息会被电磁波带出来。 1.第一方面：电磁波携带信息。 例如：每种原子都有自己的特征谱线 讲授新课 一、电磁波在信息方面的应用 具体的元素光谱：红色代表硫元素，蓝色代表氧元 素，而绿色代表氢元素,黄色代表钠元素。 某种盐燃烧的发出光谱如右图所示，它燃烧时发出波长为 589 nm和589.6 nm的黄光，这说明这种盐中有钠元素。 色谱仪 色谱仪根据各种电磁波谱线的位置和强度，检测某种物 质中含有哪些元素。 天体研究中，根据遥远星体发出的射线谱，可以知道 该天体的物质组成。 总结：通过上面几幅图可见电磁波携带着物质的信息 2.第二方面：电磁波可以帮助人们获得信息，充当测量或 检测工具。 倒车雷达 雷达 雷达与“倒车雷达”的原理相似，它利用的是无线 电波的反射测量距离。借助雷达，可以发现军事目标。 利用电磁波的透射 能力，可以检查人体， 这是用X射线拍摄到的 第一张照片。 利用X射线可以进 行晶体的微观结构研究。 在DNA双螺旋结构的发 现中，X射线起到了重 要作用。 总结：通过上面几幅图可见充当测量或检测工具 3.第三方面：电磁波能承载并传播信息充当信息传播的媒介。 刘洋 景海鹏 刘旺 你认识神 舟九号的宇 航员吗？ （1）你知道地面控制中心主要通过什么与“神舟”九号载 人飞船联系的吗？ 电磁波 “神舟”九号升空 （2）为什么通过卫星转播世界各地观众都可以同时收看到 奥林匹克运动会的精彩比赛？ 奥林匹克运动会 这是因为：电磁波可以通过“调制”，把文字、 图像、声音等各种信息加入其中，并传到遥远的地方。 用户可以通过接收装置接收这些含有信息的电磁波进 行“解调”把信息还原，从而能收到优美的音乐和精 彩的电视节目。 （3）下面我们以收音机为例认真观察下图，请试述无线电 广播的发射和接受过程。 高频电流 调制器 和放大器 发射过程：话筒把声音信号转换成电信号，然 后再用调制器把音频电信号加载到高频电流上， 再通过天线发射到空中。 发射过程 选台 和解 调 接收过程：收音机的天线接收到各种各样的电磁波。 转动收音机调谐器的旋钮，可以从中选出特定的频率的 信号。收音机内的电子电路再把频率信号从中取出来， 进行放大，送到扬声器里。扬声器把音频电信号转换成 声音，我们就听到广播电台的节目了。 接 收 过 程 （4）利用移动电话发射和接收电磁波，你几乎可以在地球 的任何角落和他人进行通话。 一切电磁波都具有能量。地球上大气的运动季节变 化、昼夜温度起伏及生物圈的循环都源于太阳光这一电磁 波提供的能量。太阳是地球上维持各种生命运动最基本的 能量来源。 二、电磁波能量特性的应用 叶绿素以太阳光为能量把水、二氧化碳和矿物质加工 成淀粉、蛋白质和纤维素等。 1.太阳光给予地球巨大的能源 太阳光为人们提供生活、工作最基本的温度。 太阳能及因太阳能而形成的水能、风能是重要的可再 生能源。 2.电磁波能量的利用 高频淬火——用 高频电磁波快速加热 齿轮齿表，然后快速 冷却，使齿表耐磨。 医生用γ射线切割肿瘤， 大大提高了手术治疗 效果 医生利用激光，对眼睛 进行精巧的手术，来治 疗近视眼 伽玛刀 电磁波的应用已成为人类文明的重要标志，我们身处电 磁波的海洋里，无论生产还是生活，都离不开它。 三、减少电磁污染 空间中越来越多的电磁波不同程度地影响着我们的健康， 给我们带来了某些伤害，已成为一种污染。 研究表明，高压线，变电站、广播电台、电视发射塔。雷 达站、通信基站等设施周边电磁波较为密集电磁波携带的能量 也较大，是电磁污染的重灾区。 1.电磁污染的重灾区 2.生活中的电磁波辐射 生活环境中，计算机、电视机、微波炉等电子设备 产生的电磁辐射强度也比较高，我们有必要采取一些防护 措施。 3.阅读课本28页说一说为减少电磁波侵害所采取 的防护措施是什么？ （1）为减少电磁波侵害，国家制定了相关法规和标准，限制 建筑物的选址，要求住宅、办公楼与高压线，变电站、广播 电台、电视发射塔、雷达站、通信基站等这些设施保持一定 的距离，以保障居民的健康。 （2）家用电器分散摆放，以免使家中某个位置的电磁辐射剂 量过大，而使人体处于超量辐射的环境之中。 （3）各种家用电器都应尽量避免长时间操作，尽量避 免多种电器同时启用。 （4）使用电器时，要保持一定的安全距离。离电器越 远，受电磁波的侵害越小。 电 磁 波 的 应 用 电磁波在信息方面 的应用 电磁波能量特性的 应用 减少电磁污染 电磁波携带信息 测量或检测工具 充当信息传播的媒介 高频淬火 γ射线 激光 课堂小结 1.我们生活在电磁波的海洋中，下列关于电磁波的说法中正 确的是（  ） A．电磁波不能在真空中传播 B．电磁波不能发生反射 C．电磁波在空气中传播时，频率越高，波长越小 D．电磁波只能传递声音信号，不能传递图象信号 C 随堂训练 2.关于电磁波，以下说正确的是（  ） A.可见光属于电磁波，但可见光在真空中不能传播 B.红外线不是电磁波，利用红外线可以进行红外拍照 C.紫外线不是电磁波，利用紫外线可以消毒杀菌 D.借助人造卫星，可以利用电磁波进行无线导航 D 3.中央电视台“芜湖月•中华情”中秋晚会在芜湖成功举 办．晚会通过CCTV-1、CCTV-4、CCTV-9三大频道同时并 机直播，观众在家中选择不同频道观看电视直播时，实际上 是在改变（  ） A．电视台发射的电磁波的波速 B．电视机接收的电磁波的波速 C．电视台发射的电磁波的频率 D．电视机接收的电磁波的频率 D 4.下列通信过程中，与电磁波的接收和发射无关的是（  ） A.用移动电话通话 B.两位同学均用家庭固定电话相互通话 C.用收音机收听歌曲 D.用电视机收看电视节目 B 第十章 电磁波与信息技术 3.改变世界的信息技术 现代通信网络已经覆盖了地球的每个角落。 导入新课 现代通信网络包括卫星通信、光缆通信、移动通信等。 1.常识性了解卫星通信、光缆通信、移动通信。 2.了解光缆通信的原理和优点。 学习目标 （1）卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发无线电 波进行通信的。 地面站 通信 卫星 卫星电话 地面站 讲授新课 1.通信卫星 一、卫星通信 （2）通信卫星大多相对地球“静止”——同步卫星 三颗同步卫星可以实现全球通信 卫星通信系统由卫星和地面站两部分组成。在卫星通 信中，地面站向人造地球卫星发射电磁波；卫星作为中继站， 将接收到电磁波进行处理，并发送给另一个或几个地面站， 或转发给另一颗卫星；接收方地面站接到卫星发来的电磁波 就获得了发送方地面站传来的信息，实现了信息传递。 2.卫星通信过程 今日的地球已经被一张 电磁波的大网严严实实 地罩了起来 通过这个通信网络，地球上任何一个地方都可以将信 息即时发往世界各地，在一瞬间传遍全球。 中国是继苏、美、法、日之后，世界上第五个用自 制火箭发射国产卫星的国家。 东方红一号卫星 华人民共和国 1970年4月24日 在酒泉卫星发射 中心发射升空的 第一颗人造卫星。 中国试验通信卫星 1984年 4月8日中国发射第一颗试验通信卫星 1.光纤与光缆 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制 成的纤维，可作为光传导工具。 三、光缆通信 光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外 包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的 一种通信线路。 光缆通信：光缆（光纤）通信是光信息从光纤的一端 入射后。在光纤的内壁上反复反射，直至从另一端出射。 内芯 外套 2.光缆通信 1.数字蜂窝系统 移动台 基站 移动交换中心 当前最为普遍的手机通讯系统主要由移动台、基站和移动 交换中心组成，它们形成了一个数字蜂窝系统。 四、移动通信 移动交换中心 基站数 字 蜂 窝 系 统 移动台 基站 基站 基站基站 基站 基站 （1）移动台：就是手机或车载电话它既能发射无线 电波，也能接收无线电波。 （2）基站 ①基站：就是基地台它是一种固定的无线电台地台，它可 以将收到的手机信号传递到移动通讯网也可以将信号从移 动通讯网传递到手机。 ②设立基地台的原因 移动电话的体积很小，信号的发射和接收能力都非 常有限，因此，它跟其他用户的通话靠这种较大的固定无 线电台——基地台转接。 （3）移动交换中心(MSC) 它是整个移动通信网络的核心，所有移动台发来的信息 都要经由它分拣、处理、传递。 物质、能量与信息，是人类社会生存和发展不可缺少 的三大支柱。在人类文明的发展历程中，信息的生成和传 播一直备受关注。 提问：在我国古代信息传递的方式有哪些呢？ 阅读课文回答。 四、信息革命与人类文明 1. 我国古代信息传递的方式 ①烽火台; ②八百里快马; ③信鸽。 2.近代信息传递方式 ①1835年，美国画家莫尔斯经过苦心研究发明了第一台实用 的有线电报机，使摒弃古老信息传递方式。 ②1862年，伟大的物理学家麦克斯韦通过理论预言了电磁 波的存在，德国物理学家赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言， 之后无线电报，电话、无线电广播，电视，雷达等纷至沓来。 麦克斯韦和赫兹邮票 ③现代信息传递方式互联网 庞大、快捷的计算机网络，使世界各地的人可以实现即时可 视通话，人类像生活在同一个“地球村”中。 今天，我们用电缆中的电流，空中的无线电波和光缆中 的光波传递着信息，使天涯近若咫尺，使须臾便可知晓天下， 使万卷收纳掌中……，……还会有怎样的奇迹值得期待？不 知道，因为信息技术革命仍在继续。然而毋庸置疑，信息技 术是瑰丽的现代人类文明的支柱之一。 改变世界的信息 技术 卫星通信 光缆通信 移动通信 信息革命与人类文明 课堂小结 1．移动电话机的说法正确的是（  ） A.移动电话机只是无线电发射台 B.移动电话机只是一个无线电接收台 C.移动电话机既能发射信号，又能接收无线电信号 D.两个移动电话机之间可以直接通话，不需要通过基地台 C 随堂训练 2.我市目前已全面开通了4G手机通信业务．使用4G手机不仅 可以通话，还可以随时通过无线网络上网，且上网速度非常 快，下列说法正确的是（  ） A.电磁波在空气中的传播速度是340m/s B.电磁波不能发生反射 C.电磁波在空气中传播时频率越高，波长越长 D.手机无线上网是利用电磁波传输数字信号 D 3.随着智能手机的普及，人们的聊天方式也不断推陈出新， 微信就是时下流行的一款手机语音聊天软件，语音信息进 行传播是利用手机发射（  ） A.电磁波 B.激光 C.红外线 D.紫外 A 4．目前卫星通信是利用与地球同步运行的卫星，作为微波 通信的中继站（信号的中转），实现全球的通信，也就是 让卫星收发的电磁波覆盖整个地球，则至少需要的卫星数 量是（  ） A．2颗 B．3颗 C．4颗 D．5颗 B