（貴陽專版）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 電磁波的基本知識(shí) （新版）滬科版

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，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)無線電報(bào)系統(tǒng)。1914年語音通信成為可能。1920年商業(yè)無線電廣播開始使用，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)的是無線電波。一般將頻率低于的電磁波統(tǒng)稱為無線電波。無線電波通常是由電磁振蕩電路通過天線發(fā)射出去的。無線電波按波長(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；用來測(cè)定物體位置的雷達(dá)、無線電導(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高山、房屋而傳播到千家萬戶；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，就可將無線電信號(hào)傳送到地球上大部分地區(qū)。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，。它來自宇宙射線或是由某些放射性元素在衰變過程中放射出來的。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。通過對(duì)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)，有大量射線放出，它是原子武器主要?dú)蛩刂弧Ｉ渚€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)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)，也常被用來分析晶體結(jié)構(gòu)。波長(zhǎng)范圍在40nm400nm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)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，可用紫外燈來誘捕害蟲；紫外線還會(huì)引起強(qiáng)烈的化學(xué)作用，使照相底片感光。另一方面，波長(zhǎng)為290320nm的紫外線，對(duì)生命有害。臭氧對(duì)太陽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1050km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400760nm之間，這些電磁波能使人眼產(chǎn)生光的感覺，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(=630760nm)，波長(zhǎng)最短的光是紫光(=400430nm)。 因?yàn)?，光波的波長(zhǎng)比無線電波更短，它在傳播時(shí)的直線性、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紅外線探測(cè)器來接收信號(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)岬取４送?，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)問題。