資源簡介

第2節(jié)　電磁波的海洋
知識與技能：
1．了解電磁波的產(chǎn)生和傳播。
2．知道光是電磁波，知道電磁波在真空中的傳播速度。
3．知道波長、頻率和波速的關(guān)系。
過程與方法：
通過演示實(shí)驗(yàn)，了解電磁波的產(chǎn)生，聯(lián)系生活實(shí)際了解電磁波的傳播。
情感、態(tài)度與價(jià)值觀：
深入體會物理學(xué)與生活的密切聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生觀察生活、思考生活的興趣。
重點(diǎn)：電磁波的產(chǎn)生、傳播和應(yīng)用。
難點(diǎn)：電磁波的波長、波速和頻率的關(guān)系。
多媒體課件、導(dǎo)線、舊電池、收音機(jī)、銼、真空罩、手機(jī)。
一、情景導(dǎo)入
2014年3月8日，馬來西亞航空公司波音777 200ER型飛機(jī)，執(zhí)行MH370航班任務(wù)，起飛時間00：42，飛機(jī)約01：20在胡志明管制區(qū)同管制部門失去通訊聯(lián)絡(luò)，同時失去雷達(dá)信號。機(jī)上共有239人，載有154名中國乘客。
　　
2018年5月14日，川航3U8633航班從重慶至拉薩飛行途中，在9 800 m高空，駕駛艙右側(cè)擋風(fēng)玻璃破裂脫落，導(dǎo)致座艙失壓。隨后，機(jī)組成功處置，在成都雙流機(jī)場安全備降，確保了機(jī)上119名旅客和9名機(jī)組人員的安全。整個事件過程中，機(jī)組也曾有一段時間與交通管制臺失去聯(lián)系。
空中客機(jī)怎么會與地面失去聯(lián)系呢？每天都有空中客機(jī)起飛與降落，那么客機(jī)是靠什么與地面建立聯(lián)系的呢？
二、合作探究
　電磁波是怎樣產(chǎn)生的
電磁波在信息的傳遞中扮演著十分重要的角色。那么電磁波是怎樣產(chǎn)生的呢？
體驗(yàn)感受電磁波的存在：在打開的收音機(jī)的附近，讓一節(jié)舊電池的負(fù)極與一根銼良好接觸，正極連接一根導(dǎo)線，拿著導(dǎo)線頭，讓它們與銼接觸，并在銼面上滑動(如圖)。
同學(xué)們仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，交流討論為什么旁邊的收音機(jī)會發(fā)出“喀喀”聲？
(1)當(dāng)導(dǎo)線頭在銼面上滑動時，在導(dǎo)線與電池組成的電路中產(chǎn)生了快速變化的電流，變化的電流產(chǎn)生了電磁波，收音機(jī)接收了這一電磁波，并把它放大轉(zhuǎn)換成聲音，這就是我們聽到的“喀喀”聲。
(2)電磁波的產(chǎn)生：當(dāng)導(dǎo)體或電路中的某處有迅速變化的電流時，在周圍空間就會產(chǎn)生向外傳播的電磁波。
　電磁波是怎樣傳播的
1．電磁波的傳播不需要介質(zhì)
聲音的傳播需要固體、液體、氣體等介質(zhì)，電磁波的傳播需要介質(zhì)嗎？
把一個手機(jī)放入真空罩中，撥打這個手機(jī)的號碼，看手機(jī)有沒有反應(yīng)。
電磁波的傳播不需要介質(zhì)，真空也可以傳播電磁波。
2．電磁波的幾個要素
多媒體展示圖片：
(1)波長：鄰近的兩個波峰(或波谷)的距離。單位：米。
(2)頻率：在某確定位置，1 s內(nèi)有多少次波峰或波谷通過，波的頻率就是多少。單位：赫茲(Hz)、千赫(kHz)、兆赫(MHz)。
(3)波速：用來描述波傳播快慢的物理量。單位：米/秒。光也是一種電磁波，光速即為電磁波的傳播速度，真空光速：c≈3×108 m/s。
3．電磁波譜
多媒體展示圖片：電磁波譜。
　電磁波與我們的生活
電磁波與我們的生活是密切相關(guān)的，大家想一想電磁波在我們生活中都有哪些應(yīng)用？
電磁波的應(yīng)用：
(1)在醫(yī)學(xué)上：醫(yī)生用γ射線做腦部手術(shù)，用X射線透視來判斷身體某些部位是否出現(xiàn)異常。
(2)在通信中：在通信領(lǐng)域利用無線電波來傳輸信息，如收看電視、收聽廣播、接收手機(jī)信號等。
(3)在生活中：日常用的電視機(jī)、空調(diào)等設(shè)備的遙控器都是紅外線遙控，即都是用電磁波來工作的。
紅外一體化攝像機(jī)
隨著人們安全防范意識的提高、對重要場所24 h連續(xù)電視監(jiān)控的需要和紅外成像技術(shù)的成熟，紅外一體化攝像機(jī)的使用率越來越高，已逐漸發(fā)展成為一種趨勢，不僅在銀行、金庫、博物館、檔案館、圖書文獻(xiàn)庫、監(jiān)獄等重要部門應(yīng)用，而且也在居民小區(qū)等一般電視監(jiān)控工程中得到使用。
光是一種電磁波，具有與無線電波一樣的本質(zhì)。人眼可見的只是光的一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為380～780 nm，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫光，波長比紫光短的稱為紫外線，波長比紅光長的稱為紅外線。紅外線的波長在780 nm～1 000 μm，介于無線電波與可見光之間。紅外燈按其紅外線輻射機(jī)理分為半導(dǎo)體固體發(fā)光(紅外發(fā)射二極管IRLED)紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。目前在CCTV紅外攝像機(jī)中前者使用較多。紅外發(fā)射二極管(IRLED)紅外燈的原理是：由紅外發(fā)光二極管矩陣組成發(fā)光體，紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵GaAs)制成PN結(jié)，外加正向偏置電壓，向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜頻率分布為中心波長830～950 nm，半峰帶寬約40 nm，它是窄帶分布，為普通CCD黑白攝像機(jī)可感受的范圍。紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度(μW/m2)表示。紅外二極管的最大輻射強(qiáng)度一般在光軸的正前方，并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。輻射強(qiáng)度為最大值的50%的角度稱為半強(qiáng)度輻射角，即半功率角。不同封裝工藝型號的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所不同。
紅外一體化攝像機(jī)成像原理是：在夜視監(jiān)控系統(tǒng)中，常規(guī)的辦法是利用可見光照明，但這種方式存在不能隱蔽、容易暴露監(jiān)控目標(biāo)等缺點(diǎn)，因此使用較少；目前隱蔽、科學(xué)的夜視監(jiān)控采用的是紅外攝像技術(shù)。紅外攝像技術(shù)分為被動式和主動式。被動紅外攝像技術(shù)利用的原理是任何物質(zhì)在絕對零度(－273 ℃)以上都有紅外線輻射，物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多。利用此原理制成的攝像機(jī)最典型的就是紅外熱像儀，但是，這種特殊的紅外攝像機(jī)造價(jià)昂貴，因此僅限于軍事或特殊場合使用。而主動紅外攝像技術(shù)是采用紅外燈輻射“照明”(主要是紅外線)，應(yīng)用普通低照度黑白攝像機(jī)、彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機(jī)或紅外低照度彩色攝像機(jī)，感受周圍景物和環(huán)境反射回來的紅外線實(shí)現(xiàn)夜視監(jiān)控。主動紅外攝像技術(shù)成熟、穩(wěn)定，成為夜視監(jiān)控的主流。
紅外一體化攝像機(jī)是將攝像機(jī)、防護(hù)罩、紅外燈、供電散熱單元等綜合成為一體的攝像設(shè)備。它實(shí)現(xiàn)夜視的基本原理是利用普通CCD黑白攝像機(jī)可以感受紅外線的光譜特性(即可以感受可見光，也可以感受紅外線)，配合紅外燈作為“照明源”來夜視成像。紅外燈的功率和角度、攝像機(jī)的配置、一定焦距的感紅外鏡頭以及是否有良好的供電散熱處理是判斷紅外一體化攝像機(jī)性能的重要參數(shù)。目前市場上也有許多產(chǎn)品是攝像機(jī)與紅外線投射器分開的，這需要用戶對紅外燈和攝像機(jī)的性能有足夠的了解，能夠根據(jù)紅外燈的角度、攝像機(jī)鏡頭參數(shù)等做合理的搭配。
第2節(jié)　電磁波的海洋
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見學(xué)生用書。
電磁波是一種看不見、摸不著的東西，由于學(xué)生可能對“電磁波”這個名詞還有些陌生，并不能深入體會到電磁波的存在。根據(jù)教材內(nèi)容在安排本節(jié)時，是由學(xué)生身邊生活事例來引入新課的，并通過事例和演示實(shí)驗(yàn)的方法，讓學(xué)生從身邊的知識、熟悉的事物中去感受新事物。
本節(jié)內(nèi)容密切聯(lián)系生活，與社會活動緊密結(jié)合，為學(xué)生學(xué)習(xí)無線電知識做好了鋪墊，讓學(xué)生進(jìn)一步體會物理學(xué)與社會生活息息相關(guān)。有條件的情況下還可以借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)，可以讓學(xué)生更直觀、更生動地了解電磁波知識。

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