《學習包-電磁波》導學案 省賽一等獎

《學習包——電磁波》導學案從科學的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是能夠釋出能量的物體，都會釋出電磁波。

電與磁可說是一體兩面，變動的電會產生磁，變動的磁則會產生電。電磁的變動就如同微風輕拂水面產生水波一般，因此被稱為電磁波，而其每秒鐘變動的次數(shù)便是頻率。當電磁波頻率低時，主要藉由有形的導電體才能傳遞；當頻率漸提高時，電磁波就會外溢到導體之外，不需要介質也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。舉例來說，太陽與地球之間的距離非常遙遠，但在戶外時，我們仍然能感受到陽光的光與熱，這就好比是「電磁輻射藉由輻射現(xiàn)象傳遞能量」的原理一樣。

電磁波用的波長在10～3000米之間，分長波、中波、中短波、短波等幾種。傳真（電視）用的波長是3～6米；雷達用的波長更短，3米到幾厘米。電磁波有紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。各種光線和射線，也都是波長不同的電磁波。其中以無線電的波長最長，宇宙射線的波長最短。

無線電波3000米～毫米。

紅外線毫米～微米。

可見光微米～微米。

紫外線微米～10毫微米

X射線10毫微米～毫微米

γ射線毫微米～毫微米

宇宙射線小于毫微米

所以無線電波是電磁波的一種根據(jù)其主要的傳播途徑來說的,無線電波有三種傳播方式：地波、天波和沿直線傳播的波。

地波沿地球表面附近的空間傳播的無線電波叫地波。地面上有高低不平的山坡和房屋等障物，根據(jù)波的衍射特性，當波長大于或相當于障礙物的尺寸時，波才能明顯地繞到障礙物的后面。地面上的障礙物一般不太大，長波可以很好地繞過它們。中波和中短波也能較好地繞過，短波和微波由于波長過短，繞過障礙物的本領就很差了。

地球是個良導體，地球表面會因地波的傳播引起感應電流，因而地波在傳播過程中有能量損失。頻率越高，損失的能量越多。所以無論從衍射的角度看還是從能量損失的角度看，長波、中波和中短波沿地球表面可以傳播較遠的距離，而短波和微波則不能。

地波的傳播比較穩(wěn)定，不受晝夜變化的影響，而且能夠沿著彎曲的地球表面達到地平線以外的地方，所以長波、中波和中短波用來進行無線電廣播。

由于地波在傳播過程中要不斷損失能量，而且頻率越高(波長越短)損失越大，因此中波和中短波的傳播距離不大，一般在幾百千米范圍內，收音機在這兩個波段一般只能收聽到本地或鄰近省市的電臺。長波沿地面?zhèn)鞑サ木嚯x要遠得多，但發(fā)射長波的設備龐大，造價高，所長波很少用于無線電廣播，多用于超遠程無線電通信和導航等。

天波依靠電離層的反射來傳播的無線電波叫做天波。什么是電離層呢？地球被厚厚的大氣層包圍著，在地面上空50千米到幾百千米的范圍內，大氣中一部分氣體分子由于受到太陽光的照射而丟失電子，即發(fā)生電離，產生帶正電的離子和自由電子，這層大氣就叫做電離層。

電離層對于不同波長的電磁波表現(xiàn)出不同的特性。實驗證明，波長短于10m的微波能穿過電離層，波長超過3000km的長波，幾乎會被電離層全部吸收。對于中波、中短波、短波，波長越短，電離層對它吸收得越少而反射得越多。因此，短波最適宜以天波的形式傳播，它可以被電離層反射到幾千千米以外。但是，電離層是不穩(wěn)定的，白天受陽光照射時電離程度高，夜晚電離程度低。因此夜間它對中波和中短波的吸收減弱，這時中波和中短波也能以天波的形式傳播。收音機在夜晚能夠收聽到許多遠地的中波或中短波電臺，就是這個緣故。性質不同，而且是完全不同的兩個概念。無線電可以在任何一種介質中傳播，還被用于尋找外星人計劃中去了。220伏特(V)只是電壓，雖然電流也有電磁場，電磁波，有傳播方向，不能夠但電不是有線電波,沒有像無線電傳播的可能，不然我們就被電住了，像這里是120V的。仍是用導線傳輸供電，

頻率從幾十Hz(甚至更低)到3000GHz左右(波長從幾十Mm到左右)頻譜范圍內的電磁波，稱為無線電波。電波旅行不依靠電線，也不像聲波那樣，必須依靠空氣媒介幫它傳播，有些電波能夠在地球表面?zhèn)鞑?，有些波能夠在空間直線傳播，也能夠從大氣層上空反射傳播，有些波甚至能穿透大氣層，飛向遙遠的宇宙空間。發(fā)信天線或自然輻射源所輻射的無線電波，通過自然條件下的媒質到達收信天線的過程，就稱為無線電波的傳播。

無線電波的頻譜，根據(jù)它們的特點可以劃分為表所示的幾個波段。根據(jù)頻譜和需要，可以進行通信、廣播、電視、導航和探測等，但不同波段電波的傳播特性有很大差別。

電波主要傳播方式

電波傳輸不依靠電線，也不像聲波那樣，必須依靠空氣媒介幫它傳播，有些電波能夠在地球表面?zhèn)鞑ィ行┎軌蛟诳臻g直線傳播，也能夠從大氣層上空反射傳播，有些波甚至能穿透大氣層，飛向遙遠的宇宙空間。

任何一種無線電信號傳輸系統(tǒng)均由發(fā)信部分、收信部分和傳輸媒質三部分組成。傳輸無線電信號的媒質主要有地表、對流層和電離層等，這些媒質的電特性對不同波段的無線電波的傳播有著不同的影響。根據(jù)媒質及不同媒質分界面對電波傳播產生的主要影響，可將電波傳播方式分成下列幾種：

地表傳播

對有些電波來說，地球本身就是一個障礙物。當接收天線距離發(fā)射天線較遠時，地面就像拱形大橋將兩者隔開。那些走直線的電波就過不去了。只有某些電波能夠沿著地球拱起的部分傳播出去，這種沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姴ň徒械夭ǎ步斜砻娌?。地面波傳播無線電波沿著地球表面的傳播方式，稱為地面波傳播。其特點是信號比較穩(wěn)定，但電波頻率愈高，地面波隨距離的增加衰減愈快。因此，這種傳播方式主要適用于長波和中波波段。

天波傳播

聲音碰到墻壁或高山就會反射回來形成回聲，光線射到鏡面上也會反射。無線電波也能夠反射。在大氣層中，從幾十公里至幾百公里的高空有幾層“電離層”形成了一種天然的反射體，就像一只懸空的金屬蓋，電波射到“電離層’就會被反射回來，走這一途徑的電波就稱為天波或反射波。在電波中，主要是短波具有這種特性。

電離層是怎樣形成的呢？原來，有些氣層受到陽光照射，就會產生電離。太陽表面溫度大約有6000℃，它輻射出來的電磁波包含很寬的頻帶。其中紫外線部分會對大氣層上空氣體產生電離作用，這是形成電離層的主要原因。

電離層一方面反射電波，另一方面也要吸收電波。電離層對電波的反射和吸收與頻率(波長)有關。頻率越高，吸收越少，頻率越低，吸收越多。所以，短波的天波可以用作遠距離通訊。此外，反射和吸收與白天還是黑夜也有關。白天，電離層可把中波幾乎全部吸收掉，收音機只能收聽當?shù)氐碾娕_，而夜里卻能收到遠距離的電臺。對于短波，電離層吸收得較少，所以短波收音機不論白天黑夜都能收到遠距離的電臺。不過，電離層是變動的，反射的天波時強時弱，所以，從收音機聽到的聲音忽大忽小，并不穩(wěn)定。視距傳播、散射傳播及波導模傳播

視距傳播是指：若收、發(fā)天線離地面的高度遠大于波長，電波直接從發(fā)信天線傳到收信地點(有時有地面反射波)。這種傳播方式僅限于視線距離以內。目前廣泛使用的超短波通信和衛(wèi)星通信的電波傳播均屬這種傳播方式。

散射傳播是利用對流層或電離層中介質的不均勻性或流星通過大氣時的電離余跡對電磁波的散射作用來實現(xiàn)超視矩傳播。這種傳播方式主要用于超短波和微波遠距離通信。

超短波的傳播特性比較特殊，它既不能繞射，也不能被電離層反射，而只能以直線傳播。以直線傳播的波就叫做空間波或直接波。由于空間波不會拐彎，因此它的傳播距離就受到限制。發(fā)射天線架得越高，空間波傳得越遠。所以電視發(fā)射天線和電視接收天線應盡量架得高一些。盡管如此，傳播距離仍受到地球拱形表面的阻擋，實際只有50km左右。

超短波不能被電離層反射，但它能穿透電離層，所以在地球的上空就無阻隔可言，這樣，我們就可以利用空間波與發(fā)射到遙遠太空去的宇宙飛船、人造衛(wèi)星等取得聯(lián)系。此外，衛(wèi)星中繼通訊，衛(wèi)星電視轉播等也主要是利用天波傳輸途徑。

波導模傳播電波是指：在電離層下緣和地面所組成的同心球殼形波導內的傳播。長波、超長波或極長波利用這種傳播方式能以較小的衰減進行遠距離通信。

在實際通信中往往是取以上五種傳播方式中的一種作為主要的傳播途徑，但也有幾種傳播方式并存來傳播無線電波的。一般情況下都是根據(jù)使用波段的特點，利用天線的方向性來限定一種主要的傳播方式。

電磁波是一種橫波.是電場和磁場在空間的振動.電磁波可以在真空或在介質中傳播.真空中電磁波速.為一常數(shù).是宇宙中最快的速度.可見光.紅外光.紫外光.微波和伽瑪射線等都是電磁波.

簡單來說.電磁波就是電磁場(ElectroMagneticRadiation.簡稱EMR)的波動.電場的變化產生磁場.磁場的變化形成電場.電場與磁場交互作用而產生的波動.稱為電磁波.

電磁波與光和熱相同.屬于一種能量.可透過空中輻射或導電體等方式傳送,電磁波每秒鐘變動的次數(shù)是頻率.在電磁處于高頻率時.電磁波不需要介質也能向外傳遞能量.這就是一種輻射.而輻射種類可分為三種:游離輻射.有熱效應非游離輻射.無熱效應非游離輻射.

舉凡能夠釋放能量的物體.都會釋放電磁波.因此.在我們日常生活中.確實存在大量看不見的電磁波.手提電話釋放的電磁波輻射就是其中一種熟悉的例子.電磁波有哪些特性電磁波頻率低時.主要藉由有形的導電體才能傳遞.原因是在低頻的電振蕩中.磁電之間的相互變化比較緩慢.其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去,電磁波頻率高時即可以在自由空間內傳遞.也可以束縛在有形的導電體內傳遞.在自由空間內傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中.磁電互變甚快.能量不可能全部返回原振蕩電路.于是電能.磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去.不需要介質也能向外傳遞能量.這就是一種輻射.舉例來說.太陽與地球之間的距離非常遙遠.但在戶外時.我們仍然能感受到陽光的光與熱.這就好比是「電磁輻射藉由輻射現(xiàn)象傳遞能量」的原理一樣.

電磁波為橫波.電磁波的磁場.電場及其行進方向三者互相垂直.振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變.其強度與距離的平方成反比.波本身帶動能量.任何位置之能