第八章 电磁振荡与电磁波 小结

第八章 电磁振荡与电磁波

 

 

 

 

电磁辐射的研究与测量

在日常生活中,身边的每一台通有交流电的家用电器,或者在发射电磁波的设备都是一个电磁辐射源。虽然电磁辐射对人体的伤害尚无定论,但不少人十分惧怕,科学家们也制定了安全电磁辐射标准。在这个活动中,我们就电磁辐射进行深入研究,正确地认识电磁辐射,辟除谣言;学会有效地减少电磁辐射,健康生活。

为了表示电磁辐射的强弱,人们设立了电磁辐射的计量单位,并制定了电磁辐射警示标志。请查找相关的资料,并在此基础上,以小组合作的形式挑选以下内容中感兴趣的一项或几项任务,认真完成后在班级中交流讨论。

1.查找资料,了解 X 射线用于医疗检测仪与行李透视时的辐射量的区别;了解我国关于广播电视发射塔、手机通信基站、高压输电线的电磁辐射量标准及安全距离等,辟除生活中各种关于电磁辐射的谣言。

2.利用电磁辐射检测仪,测量家用电器的电磁辐射强弱。了解电磁辐射在离用电器不同间距、不同部位以及不同工作状态时的强弱情况,如检测手机待机、充电及在信号较差的环境中使用时电磁辐射的强弱,或检测微波炉在工作时炉箱前后的电磁辐射情况等;测量各种防辐射服在不同物理环境下的防护效果,形成研究报告,合理减少“电磁污染”对自身的危害。

3.如果你想自制一个电磁辐射检测仪,那你可以尝试用漆包线绕制一个线圈,配合电流传感器,用电吹风、剃须刀等低频设备来观察它检测电磁辐射的情况,并思考如下问题:绕制的线圈尺寸和匝数不同,是否会影响测量的结果?微电流传感器的采样频率约为 5 kHz,那么它能否测量到高频的电磁辐射?

 

活动要求:

1.可结合活动目标及个人特长选择任务,3 ~ 4 人组成一个小组合作完成。

2.活动成果以研究报告或制作实物为呈现方式,你可以根据自身情况选择其一,或者两者皆选。

3.研究报告需包含摘要、关键字、正文、参考文献等内容,若有研究(调查)数据等内容需翔实记录。

4.制作实物除了需要递交作品外,还需要与之相配合的制作报告,制作报告应包含设计目的、原理、制作材料及制作过程、检测及使用结果等内容。

5.每组需在班级内交流,并根据研究报告、制作实物、汇报交流等情况进行互评。

小结

 

 
  • 基本概念和基本规律

电磁场:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,变化的电场和磁场相互联系,形成一个不可分离的统一场。

电磁波:变化的电磁场在空间的传播。

LC 回路:由电容器和电感器组成的电路。

电磁振荡:在振荡电路中产生振荡电流,且电场能和磁场能发生周期性相互转化的现象。

电谐振:当电磁波的频率和振荡电路的固有频率相同时,振荡电流的振幅最大的现象。

无线电波:波长范围在 10−3 ~ 107 m 之间的电磁波,是无线电通信使用的电磁波。

电磁波谱:将电磁波按照波长或频率大小的顺序排列。

电磁波的波长 λ、频率 f、波速 c 之间的关系λ = \(\frac{c}{f}\)。

 

  • 基本方法

通过对电磁场理论的学习,感受统一和对称的思想方法。

通过对电磁波的产生及其特性的学习,认识归纳和类比的思维方法。

 

  • 知识结构图
第八章 电磁振荡与电磁波
 
  1. 通常电台信号和电视信号能实现同步转播。现在已知传输无线电广播的信号的频率为 600 kHz,传输电视信号的电磁波频率为 411 MHz,为了让住在山区的人们也能够听到电台广播,看到电视转播,试回答:人们必须在山上建立哪一种信号的基站,简述原因。
  2. 从波的形成、波的传播特性等方面,列举电磁波与声波的三个相似处或不同处,并作简单说明。
  3. 对讲机是一种双向移动通信工具,因为其在无网络支持的情况下也可以通信,所以即使是在手机通信如此发达的今天也仍然被广泛使用。若某同学使用对讲机与 5 km 以外的人联系,对讲机发出的电磁波频率为 470 MHz,则该电磁波的波长为多少?使用对讲机接收信息的人至少需要多久才能接收到电磁波信号?
  4. 北极星是一颗恒星,距离地球 1.06×1013 km,则北极星与地球的距离为多少光年?如果从某天开始,北极星的燃料耗尽不再发光,那么多久之后人们就再也看不见它了?
  5. 某氦氖激光器发出的红光波长范围非常窄,中心波长为 632.80 nm,宽度为 0.01 nm。求该激光器发射的红光中心频率及频率范围。
  6. 若某种电磁波在真空中的频率为 600 MHz,试回答下列问题:

(1)该电磁波的波长为多少?

(2)该电磁波属于哪一波段?

(3)若该电磁波从真空射入水中,判断电磁波的频率、传播速度及波长分别如何变化。

  1. 查找资料,了解在哪些环境中不适合使用手机,简述原因。
  2. 为了加强电磁环境管理,保障公众健康,我国制定了相当严格的电磁辐射标准,标准规定通信频段每平方厘米电磁辐射功率应控制在 40 μW 及以下,远低于一些发达国家标准。若某小型通信发射基站的功率为 1 W,同时假设能量以球面向外辐射,请计算:按照标准规定,距离该基站多远处为安全区域?(球表面积为 S = 4πR2

复习与巩固解读

1.参考解答:根据 c = λf 可知,无线广播电视的波长为 500 m,电视信号波长为 0.72 m,根据波的衍射特点,由于电视信号的波长较短,必须采用空间波的传播方式,即点对点的直线传播,因此电视信号要在山上建立基站。

命题意图:会使用电磁波的频率、波长和波速间关系进行计算,并能利用衍射规律判断电磁波的传播方式。

主要素养与水平:模型建构(Ⅱ);科学推理(Ⅱ);科学论证(Ⅱ);社会责任(Ⅱ)。

 

2.参考解答:声波是机械波。从产生机理看,机械波的形成需要机械振动,电磁波则可通过电磁振荡产生。从传播特性上看,机械波传播需要介质,而电磁波的传播不需要介质。电磁波和机械波均有波长、频率、波速的概念,并均满足关系 v = λf,其中电磁波的传播速度可用 c 表示。本题还可从传播能量、信息等方面阐述。

命题意图:通过比较,了解机械波及电磁波间的异同,建立概念和规律间的内在联系,提升物理观念。

主要素养与水平:物质观念(Ⅰ);运动与相互作用观念(Ⅰ);能量观念(Ⅰ);模型建构(Ⅱ);科学推理(Ⅱ);科学本质(Ⅰ)。

 

3.参考解答:根据 c = λf 可知,电磁波的波长为 0.64 m;又根据电磁波在空气中的传播速度约 3×108 m/s 及 t = \(\frac{s}{c}\) 可知,t = 1.66×10−5 s。

命题意图:学会使用电磁波的频率、波长和波速间关系进行计算,并知道对讲机使用的电磁波波长,鼓励学生留意身边的事物,加强理论与实际的关联。

主要素养与水平:模型建构(Ⅱ);科学推理(Ⅱ);社会责任(Ⅰ)。

 

4.参考解答:光在真空中传播一年的长度称为光年,用 ly 表示,1 ly = 3×108×365×86 400 m ≈ 9.46×1015 m,因此北极星离我们的距离 l = 1.06×1013 km ≈ 1.12 ly。根据电磁波在真空中(宇宙)中的传播速度 3×108 m/s 可知,北极星的光线照射到地球上需要传播的时间为 3.5×107 s ≈ 405 天。

命题意图:知道光是一种电磁波,满足电磁波的频率、波长和波速间关系,能将电磁波的基本知识与天体中的概念相关联。

主要素养与水平:运动与相互作用观念(Ⅰ);模型建构(Ⅱ);科学推理(Ⅱ);科学本质(Ⅰ)。

 

5.参考解答:根据 c = λf 可知,氦氖激光器的红光中心频率为 4.7×1014 Hz,根据氦氖激光器的波长范围得到激光器的频率范围为 7.5×109 Hz。

命题意图:掌握电磁波的频率、波长和波速间关系,了解激光器的中心频率和特征。

主要素养与水平:模型建构(Ⅱ);科学推理(Ⅱ);社会责任(Ⅰ)。

 

6.参考解答:根据 c = λf 可知,电磁波的波长为 0.5 m,属于无线电波的分米波波段。电磁波频率 f 不变,传播速度变小,波长变短。

命题意图:掌握电磁波的频率、波长和波速间关系,会通过波长或频率查找无线电波的波段,了解电磁波的传播特点。

主要素养与水平:运动与相互作用观念(Ⅰ);模型建构(Ⅱ);科学推理(Ⅱ)。

 

7.参考解答:电磁波携带能量,长期大量的电磁波辐照能使人体器官遭受损害;且电磁波间的相互干扰会影响仪器的正常使用,并对人们的生产、生活产生危害,如在飞机起飞、降落过程中使用手机会干扰仪器,严重的会造成失控。

命题意图:通过查找资料,了解电磁波的安全使用要求,感悟物理态度与责任。

主要素养与水平:社会责任(Ⅱ)。

 

8.参考解答:由于电磁波能量是以球面波形式由基站向外辐射,半径为 R 的球面上每平方米的电磁辐射能量为 \(\frac{1}{{4\pi {R^2}}}\),若按照题目要求不得超过 0.4 W/m2,则通过计算可知,R = 0.45 m。

命题意图:能用物理概念及规律解释现象,通过电磁辐射的模型构建和计算解决问题,感悟环境安全、公众健康对可持续发展的意义。

主要素养与水平:能量观念(Ⅱ);模型建构(Ⅱ);科学推理(Ⅱ);社会责任(Ⅱ)。

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发布时间:2022/6/21 21:45:00  阅读次数:1388

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