第二节 电磁波的应用（培优教学课件）物理新教材沪科版九年级全一册

义务教育教科书 第二十章 电磁波与信息时代 第二节 电磁波的应用 上海科学技术出版社 思考： 为什么我们通过手机、平板电脑或计算机，几乎 能在瞬间与千里之外的亲朋好友通话或视频交流? 导入新课 电磁波是个有较多成员的大家庭，不同的成员有哪些典型的不同特点？它们在生产生活中有哪些重要应用？ 本节我们将学习常见的电磁波的应用。 学习目标 能了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响，知道无线电波、微波等不同区间的电磁波的应用。 1. 无线电波与广播电视 2. 微波与卫星通信 3. 红外线成像与检测 4. 高频电磁波与医疗 5. 课堂总结 6. 综合提升训练 目录导航 一、无线电波与广播电视 第二节 电磁波的应用 一、无线电波与广播电视 1. 无线电波的特点与分类 在电磁波谱中，无线电波的波长最长，频率最低，被广泛用于长距离传送声音、图文等信号。无线电波的波长范围非常广，可分为多个波段。 一、无线电波与广播电视 2. 低频无线电波 无线电波很早之前就被用于无线电广播与电视信号传播。 如图所示， 低频无线电波适用于长距离无线电通信，要实现更远距离的传播，则需要利用地面转播站；高频无线电波则被电离层反射，从而传播到更远的地方。 一、无线电波与广播电视 3. 中、高频无线电波 中、高频无线电波适用于区域性的无线电广播，以传输普通声音信号为主。无线电波的振幅根据所传送的声音信号而变化，这种信号调制方式称为振幅调制，简称调幅。 甚高频的无线电波则用于传输高品质广播，例如立体声节目，其频率依据所需传送的声音信号而变化，这种信号调制方式称为频率调制，简称调频。 调幅 调频 一、无线电波与广播电视 4. 超高频 用于电视广播的超高频波段的电磁波无法绕过建筑物，用于接收电视信号的天线必须直接对准电视塔。因此闭路电视普及之前，很多城市都建有非常高的电视塔，它们也成为所在城市的文化地标之一。 二、微波与卫星通信 第二节 电磁波的应用 二、微波与卫星通信 1. 微波 （1）微波的特点 微波的波长在厘米量级甚至更短，可穿透大气层，适用于电视信号与雷达信号传送，以及卫星通信，具有极高的民用、科研及军事价值。 （2）微波与卫星通信 微波信号经地面站天线发射，经由卫星接收、放大并转发给其他地面站或中继卫星，从而实现覆盖较广区域甚至全球的通信。 地面站→卫星接收→转发 二、微波与卫星通信 （3）通信卫星 通信卫星使用的微波频率一般在300MHz至300GHz之间。与卫星进行通信，地面站天线需要对准卫星，实现微波信号的发射与接收。 我国自20世纪60年代就已启动微波接力通信系统与卫星的研制，在研究、开发、制造和发射、运营等多个领域均已居于世界前列，在国内与国际通信服务方面取得了举世瞩目的成就。 二、微波与卫星通信 我国的天宫空间站已实现多次“天宫课堂”的高清信号直播，依靠的就是我国建立的天链一号、天链二号中继卫星通信系统。天链中继卫星通信就是典型的微波通信，即使用了电磁波中的微波段。 二、微波与卫星通信 生活中，我们比较熟悉的电磁波能量特性的应用是微波炉。微波炉中的磁控管能够产生很强的电磁波，它的波长很短，所以叫做微波。 食物的分子在微波作用下剧烈振动并相互摩擦而产生热量，食物的温度升高。 这种微波可以穿透食物内部5cm，使食物内部和外部一同受热，效率高。因为食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波炉中温度上升更快。 微波炉 微波炉的结构与 工作状态示意图 【例题1】北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS）。许多公交车安装了BDS系统，通过BDS系统可显示汽车的行驶方向、车速、与后车距离等信息。实现BDS系统与卫星信号传输的是（ ） A．可见光 B．微波 C．红外线 D．紫外线 在卫星通信中，人类利用通信卫星做微波通信的中继站来进行通信。可知，BDS接收器通过接收卫星发射的微波信号，实现对车辆的精确定位并导航。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 B 二、微波与卫星通信 三、红外线成像与检测 第二节 电磁波的应用 三、红外线成像与检测 1. 红外线的特点 在电磁波谱可见光区红光的外侧，存在一个看不见的电磁波段，即红外线。红外线的波长比红光要长，约为10-6～10-3m。所有物体都会发射红外线，且强度与波长和物体的温度有关。温度低于500℃的物体只会发射红外线，超过500℃的物体则既可发射红外线也可发射可见光。 红外线作为一种特殊的电磁波，应用非常广泛，常见于热成像、遥控与检测等领域。 三、红外线成像与检测 2. 红外线成像 红外线成像通过热红外电荷耦合器对物体进行成像，能反映出物体表面的温度场。红外热成像在军事、工业、汽车辅助驾驶、医学领域都有广泛的应用。 各类家用红外遥控器也是利用红外线作为控制信号的传输载体，对各类家电进行遥控。用于非接触式测量体温的体温计，也是基于红外线实现体温检测的。 基于红外热成像技术拍摄的影像 【例题2】下列不属于红外线的应用的是（　　） A．用红外胶片拍摄的“热谱图” 诊断疾病 B．红外线夜视仪 C．电视机的遥控器 D．使荧光物质发光 A．热谱仪是利用红外线来工作的，故A不符合题意； B．红外线夜视仪是利用红外线来工作的，故B不符合题意； C．电视机的遥控器是利用红外线来工作的，故C不符合题意； D．使荧光物质发光，是紫外线的显著特性，故D符合题意。故选D。 D 三、红外线成像与检测 四、高频电磁波与医疗 第二节 电磁波的应用 四、高频电磁波与医疗 高频电磁波在医疗等领域还有很多基于其能量特性的应用，如γ射线治疗、激光医疗与焊接等。 1. γ射线 γ射线应用于医疗的典型例子就是伽马刀治疗，它利用γ射线能量高、穿透力强的物理特性，基于定向原则，将颅内病变组织选择性地确定为靶点，使用γ射线进行一次性大剂量聚焦照射，使病变组织坏死或功能改变而实现治疗疾病的目的。 四、高频电磁波与医疗 2. 激光 激光相较于普通光源， 单色性、方向性更好，除了可用于矫正近视的手术，还可用于机械制造中的精密模具加工、精密焊接等工艺，甚至用于核聚变研究。 用激光进行美容 科学家在核聚变研究设施中准备用于聚变射击的激光 【例题3】2023年11月 16 日，我国高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）正式发布迄今最亮的伽马射线暴——GRB221009A的高能伽马辐射的精确能谱。伽马射线的频率超过3×1019 Hz，有极强的穿透本领，对细胞有杀伤力。下列关于伽马射线说法不正确的是 （　　） A．伽马射线是一种电磁波 B．伽马射线的频率高，在真空中的传播速度为3×108m/s C．伽马射线的传播需要介质 D．伽马射线在医疗上可以用来治疗肿瘤 AC．伽马射线是一种电磁波，电磁波的传播不需要介质，故A正确，不符合题意，C错误，符合题意； B．伽马射线的频率超过3×1019Hz，频率高；伽马射线属于电磁波，电磁波在真空中的传播速度为3×108m/s，故B正确，不符合题意； D．伽马射有极强的穿透本领，对细胞有杀伤力。在线医疗上可以用来治疗肿瘤，故D正确，不符合题意。故选C。 C 四、高频电磁波与医疗 三、课堂总结 第二节 电磁波的应用 课堂总结 微波与卫星通信 ①低频无线电波适用于长距离无线电通信。 ②中、高频无线电波适用于区域性的无线电广播。 ③超高频用于电视广播。 微波信号经地面站天线发射，经卫星接收、放大并转发给 其他地面站或中继卫星，实现覆盖较广区域甚至全球的通信。 电磁波的应用 无线电波与广播电视 常用于热成像、遥控与检测等领域。 高频电磁波与医疗：如γ射线治疗、激光医疗与焊接等。 红外线成像与检测 高频电磁波与医疗 五、综合提升训练 第二节 电磁波的应用 【解析】无线电广播中传播的为声音信号，首先要将声音信号通过话筒转化为音频电信号，但音频信号频率较低不利用远距离传输，故还要将音频电信号加载到高频电流上，利用天线将信号发射到空中．这叫声音信号调制的过程。 综合提升训练 1. 把音频信号加到高频电磁波上的过程叫（ ） A．调制 B．调谐 C．检波 D．发射 A 综合提升训练 2. 微波是一种高频电磁波，对物质具有选择性加热的特性。它对玻璃、塑料和瓷器，几乎是穿越而不被吸收；对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热；而对金属类物品，则会反射微波。微波炉利用微波加热食物，下列说法错误的是（　　） A．微波炉利用热传递加热食物 B．微波炉的玻璃炉门内侧装有金属制成的屏蔽网 C．微波炉中微波会对人体造成伤害 D．微波在真空中的传播速度约为3×108m/s A 综合提升训练 【解析】A．微波被水和食物吸收，引起食物内部的分子发生剧烈的振动而发热，因此是通过做功的方式加热食物，故A错误，符合题意； B．金属类物品能够反射微波，所以微波炉的玻璃炉门内侧装有金属制成的屏蔽网，防止微波外泄，故B正确，不符合题意； C．过量的微波会对人体造成伤害，故C正确，不符合题意； D．微波的传播速度等于光速，故D正确，不符合题意。 故选A。 综合提升训练 3. 关于微波通信，下列说法错误的是（ ） A．微波属于电磁波 B．微波的性质接近于光波，大致沿直线传播 C．利用微波进行长距离通信时，应利用中继站 D．微波中继站间距离约50km，且只能建在平地上 D A．微波是电磁波的一种，指波长为1mm到10m波段的无线电波，故A正确； B．微波的性质接近光波，沿直线传播，故B正确，B不符合题意； C．微波由于其大致沿直线传播，因此需每隔一定距离建一个微波中继站，信息传输的越远，需要的中继站越多，故C正确，C不符合题意； D．微波中继站不但建立在地面上，而且可以利用卫星做中继站，只需要3颗通讯卫星就可以实现全球通信，故D错误，D符合题意。故选D。 综合提升训练 4. 如图所示，降落在月球背面的嫦娥四号登月探测器，借助鹊桥中继卫星向地球传送信息。利用的是（　　） A．次声波 B．无线电波 C．红外线 D．超声波 B 卫星是通过电磁波和地球进行信息交流的，借助鹊桥中继卫星向地球传送信息，利用的是电磁波，即无线电波。故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。 综合提升训练 【解析】A．利用微波进行通信具有容量大、频带宽、质量好、传输效率高、可传至很远的距离等特点，故A符合题意； B．红外线有热效应，主要应用于医疗，作为红外线光源具有一定穿透性，可以用于夜视仪、监控装备、遥控器、感应门或感应开关等，故B不符合题意； C．X射线是一种频率极高、波长极短、能量很大的电磁波，具有很强的穿透性，透过人体不同组织时，被吸收的程度不同，经过显像处理后可得到不同的影像，C不符题意； D．光导纤维原理是根据光的全反射传播信息，不能无线传输信息，D不符题意。 5. 华为推出全球首款支持双向北斗卫星消息的智能手机，在无地面网络信号时，仍可通过卫星发送和接收信息，在传递信息过程中主要依靠的是（　　） A．微波 B．红外线 C．X射线 D．光导纤维 A 故选A。 综合提升训练 6. 如图是电磁波及其应用实例，下列说法正确的是（ ） A．紫外线是紫色的 B．体检胸透用的X射线频率比无线电波低 C．电视机遥控器用γ射线遥控 D．可见光与无线电波在真空中的传播速度相同 D 【解析】A. 紫外线是紫光以外的光线，肉眼不能看见，故A错误；B. 体检胸透用的电磁波频率比无线电波高，故B错误；C. 电视机的遥控器利用了红外线遥控，故C错误；D. 电磁波在真空中的传播速度相同，故D正确。故选D。 综合提升训练 【解析】A．微波被水和食物吸收，引起食物内部的分子发生剧烈的振动而发热，因此是通过做功的方式加热食物，故A错误，符合题意； B．金属类物品能够反射微波，所以微波炉的玻璃炉门内侧装有金属制成的屏蔽网，防止微波外泄，故B正确，不符合题意； C．过量的微波会对人体造成伤害，故C正确，不符合题意； D．微波的传播速度等于光速，故D正确，不符合题意。 故选A。 $