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電磁波和無線通信
第六章 電磁波和通信
這種情況意味著什么？
沒信號了
沒網絡了
網絡信號的本質是什么？
電磁波
收音機
電視機
手機
微波爐
遙控器
衛星
水波
聲波
電磁波呢？
電磁波的產生
電磁波的產生與 有關，電磁場存在于變化的電流或變化的磁場的周圍，它既是物質，也具有 。
電磁場
能量
電磁波的實質
電磁波是在空間傳播的周期性變化的電磁場。
電磁場的產生和變化需要依賴于介質嗎？
電磁波的傳播
電磁波的傳播 依賴別的物質，它在真空中的傳播速度和光在真空中的傳播速度一樣，等于 m/s。
不需要
3×108
電磁波速度和光速一樣，是不是巧合？
麥克斯韋和麥克斯韋方程組
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋，英國物理學家、數學家。最重大貢獻是創建了電磁場理論，預言了電磁波的存在，論證了光波就是電磁波。
聲波根據頻率不同，可以分為人可以聽見的聲波，超聲波，次聲波等。
電磁波呢？電磁波有沒有頻率
電磁波的頻率
電磁波的頻率是由波源震動的快慢決定的，通常電磁波的頻率比我們周圍的聲音要大得多，可達1014Hz，甚至更高。
頻率的單位是赫茲(Hz)
常用的還有千赫(KHz)、兆赫(MHz)。
按照波長或頻率的順序把這些電磁波排列起來，這就是電磁波譜
電磁波譜
3ⅹ102
波長/ⅹ 10-10m
頻率/ Hz
3ⅹ108
3ⅹ104
可見光

射線
X射線
紫外線
紅外線
毫米波
分米波
厘米波
超短波
短波
長波
中波
3ⅹ1020 3ⅹ1016 3ⅹ1012
1012
1014
1016
宇宙射線
微波
無 線 電 波
1010
10-4 10-2 1 102 104 106
有什么規律？
電磁波的速度、頻率和波長之間的關系
傳播速度=波長×頻率
C=λf= 3×108 m/s
λ是指波長， f是指頻率。式中速度：米/秒(m/s)；波長：米(m)；頻率：赫茲(Hz)。
在電磁波譜中，無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線等有著不同的頻率(或波長)范圍，然而它們都是電磁波。
我們是怎么發現它們的？
赫茲
赫茲在1888年發現了電磁波，并且觀察到了電磁波的反射、折射和干涉等波動現象，全面證實了麥克斯韋的電磁場理論。
我們平時有沒有辦法感受到電磁波？
正在播放聲音的音箱
一旁手機來電
會有什么現象？
從麥克斯韋理論的建立到赫茲實驗對電磁場理論的證實,充分顯示了科學的預見性,它們極大地推動了以電磁場理論為基礎的應用技術的發展各種無線電技術,如無線電報、廣播、無線電話、傳真、電視以及雷達等技術如雨后春筍般地涌現出來。
科學家怎樣使電磁波實現通信？
馬可尼1874 —1937
受赫茲影響，馬可尼14歲就立志研究無線電通信。
20歲制造出了用無線電控制電鈴的裝置
21歲使電磁波傳送信號的距離達到2700m
24歲發明的無線電裝置在英國獲得了專利
25歲成功地實現了跨越英吉利海峽（51km）的無線電通信
27歲進行橫跨大西洋長達3 000km的無線電通信實驗
35歲而獲得諾貝爾物理學獎
電離層
中波
短波
超短波
中波：沿地球表面傳播（近距離傳播）；
短波：可被電離層反射進行傳播；
超短波：能量巨大，沿直線遠距離傳播。
如何讓超短波傳的更遠？
1.提高發射塔的高度
2.設立中繼站補充能量
區域廣播
境外廣播
全球性廣播、導航
微波
微波也叫做超高頻無線電波，頻率很 ，能量很 。可以像光線一樣沿直線傳播。
高
大
微波頻率在300MHz~3× 105MHz范圍內。
和登高望遠一樣，微波發射塔的天線越高，微波就傳播得越遠。
微波的特性
微波的基本性質通常呈現為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。所以現在無線的通信一般都采用微波通信。
微波發射塔
微波的傳播
微波等電磁波可直線傳播，但為了傳播得更遠，需要每隔一定距離設立一個中繼站，像接力賽一樣把微波一站一站地傳向遠方。
微波中繼站
電腦、手機等間的通信一般都采用微波通信進行雙向傳遞信息。
閱讀P118-119閱讀：電視的發明，了解電視的發明過程，認識“電視之父”
“電視之父” 貝爾德
閱讀P119-120視窗：遙感技術應用前景廣闊，了解電磁波在遙感方面的應用
1987年大興安嶺大火衛星遙感圖
03
微波通信
無線電通信的進展
1864年 麥克斯韋建立電磁場理論，預言電磁波存在。
1888年 赫茲用實驗證實電磁波的存在。
1894年 馬可尼開始進行無線電通信的實驗。
1901年 馬可尼成功地進行了橫跨大西洋的無線電通信實驗。
1920年 世界上第一家廣播電臺在美國匹茲堡市開始廣播。
1935年 英國的羅伯特·沃特森·瓦特發明雷達。
1937年 英國倫敦正式播放電視。
1954年 美國正式播放彩色電視。
1958年 美國發射了第一顆實驗用通信衛星。
1965年 美國發射第一顆商用通信衛星
1988年 在漢城奧運會上首次試播由日本研制的模擬制式高清晰度電視。
1996年 美國哥倫比亞廣播公司的首次試播數字制式高清晰度電視。
電磁波與農業
x射線照射農作物可提高農作物的產量和質量
γ射線（核爆炸貫穿輻射之一）照射昆蟲可以防治害蟲可延長農產品的保鮮期
激光照射大蒜可以抑制大蒜發芽，延長大蒜的貯藏期

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