教科版高中物理选修3-4：《电磁波谱-电磁波的应用》教案-新版

教科版高中物理选修3-4：《电磁波谱-电磁波的应用》教案-新版3.3《电磁波谱电磁波的应用》教案【教学目标】1、知识与技能：了解电磁波在现代社会中的应用了解电磁波谱的特点和应用2、过程与方法：理解各种电磁波的特点3、情感态度与价值观：体会科学与社会的结合之美体会事物是有两面性的【重点难点】1、重点：各种电磁波的特点2、难点：各种电磁波的特点【授课内容】一、复习提问光具有波动性，它是以什么实验事实为依据的？二、导入新课光的电磁说19世纪初，光的波动说获得很大成功，逐渐得到人们公认。

但是当时人们把光波看成象机械波，需要有传播的媒介，曾假设在宇宙空间充满一种特殊物质“以太”，“以太”应具有的性质，一是很大的弹性（甚至象钢一样）二是极小的密度（比空气要稀薄得多），然而各种证明“以太”存在的实验结果都是否定的，这就使光的波动说在传播媒介问题上陷入了困境。

19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场的理论，预见了电磁波的存在，并提出电磁波是横波，传播的速度等于光速，根据它跟光波的这些相似性，指出“光波是一种电磁波”-----光的电磁说。

1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，测得它传播的速度等于光速，与麦克斯韦的预言符合得相当好，证实了光的电磁说是正确的。

1.电磁波谱我们已知无线电波是电磁波，其波长范围以几十千米到几毫米，又已知光波也是电磁波，其波长不到1微米，可见电磁波是一个很大的家族，作用于我们眼睛并引起视觉的部分，只是一个很窄的波段，称可见光，在可见光波范围外还存在大量的不可见光，如红外线、紫外线等等。

1.1、红外线在电磁波中，能够作用于人的眼睛并引起视觉的，只是一个很窄的波段，通常叫做可见光。

其中波长最短的是紫光，波长约为400nm波长最长的是红光，波长约为770nm.波长更长的光不能引起视觉，叫做红外线，红外线的波长范围很宽.约为770nm～106nm．1.2、紫外线紫外线也是不可见光，他的波长比紫光还短，大约为5nm～40nm．紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线照射时可以发出可见光．1.3、X射线（伦琴射线）波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫X射线.是德国物理学家伦琴在1895年发现的．他的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照像底片感光，（1）不同电磁波产生的机理无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生的．红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的．伦琴射线是原子内层电子受激发产生的．γ射线是原子核受激发产生的．（2）频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同．二、电磁波的应用1.红外线发现过程：1800年英国物理学家赫谢耳用灵敏温度计研究光谱各色光的热作用时，把温度计移至红光区域外侧，发现温度更高，说明这里存在一种不可见的射线，后来就叫做红外线。

（用棱镜显示可见谱）特点：最显著的是热作用应用：（1）红外线加热，这种加热方式优点是能使物体内部发热，加热效率高，效果好。

（2）红外摄影，（远距离摄影、高空摄影、卫星地面摄影）这种摄影不受白天黑夜的限制。

（3）红外线成像（夜视仪）可以在漆黑的夜间能看见目标。

（4）红外遥感，可以在飞机或卫星上戡测地热，寻找水源、监测森林火情，估计家农作物的长势和收成，预报台风、寒潮。

2.紫外线发现过程：1801年德国的物理学家里特，发现在紫外区放置的照相底板感光，荧光物质发光。

特性：主要作用是化学作用，还有很强的荧光效应，杀菌消毒作用。

应用：（1）紫外照相，可辨别出很细微差别，如可以清晰地分辨出留在纸上的指纹。

（2）照明和诱杀害虫的日光灯，黑光灯。

（3）医院里病房和手术室的消毒。

（4）治疗皮肤病，硬骨病。

3. X射线（伦琴射线）发现过程：1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线的性质时，发现阴极射线（高速电子流）射到玻璃壁上，管壁会发出一种看不见的射线，伦琴把它叫做X射线。

产生条件：高速电子流射到任体固体上，都会产生X射线。

特性：穿透本领很强。

应用：（1）工业上金属探伤（2）医疗上透视人体。

此外还有比伦琴射线波长更短的电磁波，如放射性元素放出的r射线4.电磁波产生的机理无线电波：产生于振荡电路中。

红外线：原子的外层电子受到激发后产生的可见光：同线外线紫外线：同红外线伦琴射线：原子内层电子受到激发而产生的5.无线电波的应用5.1、电视简单地说：电视信号是电视台先把影像信号转变为可以发射的电信号，发射出去后被接收的电信号通过还原，被还原为光的图象重现荧光屏。

电子束把一幅图象按照各点的明暗情况，逐点变为强弱不同的信号电流，通过天线把带有图象信号的电磁波发射出去。

发射接收5.2、雷达工作原理利用发射与接收之间的时间差，计算出物体的距离。

三、电磁污染与防护现代人正处于越来越复杂的电磁环境中。

随着现代电子科技的高速发展，特别是无线移动技术的日益普及，一种看不见、摸不着的污染源日益受到各界的关注，这就是被人们称为“隐形杀手”的电磁辐射。

今天，越来越多的电子、电气设备和无线产品大量投入使用，使得各种频率、不同能量的电磁波充斥着地球的每一个角落，乃至更加广阔的宇宙空间。

电磁辐射污染已经对人类正常生活和健康构成威胁，对电磁辐射污染的认识和研究已经成为电气安全的重要组成部分。

1.电磁辐射电磁辐射、电磁干扰和电磁辐射污染（一般简称电磁污染），是3个互相关联而又不能混为一谈的不同概念。

1.1、电磁辐射电磁辐射（electromagnetism radialization）是一种物理现象，是指能量以电磁波形式由源发射到空间的现象。

产生电磁辐射的辐射源有两大类：1、自然界电磁辐射源，来自某些自然现象，如雷电、台风、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴与黑体放射等。

2、人工型电磁辐射源。

人工型电磁辐射源来自人工制造的各种电子电气系统或装置与设备，其中一类电子系统本身就是以电磁辐射现象作为工作原理的，例如移动通讯系统、X光机、广播电视系统、卫星通讯系统以及各种无线通讯和控制系统等；另一类则是电子电气系统工作时由于放电和电磁交变感应而产生电磁辐射，例如各种工业电器和电动机器、以及日常生活工作中普遍使用的各种电子电器，如空调机、计算机、电视机、电冰箱、日光灯、节能灯、光盘播放器、电热毯、微波炉等；另外、变压器、高压电线在正常工作时也会产生的各种不同波长和频率的电磁波。

发现电磁波并利用电磁辐射作为通讯广播的载体，是人类近代科技的最伟大发明之一，随着电子技术的发展，电磁辐射的应用越来越多，例如医疗设备、生物技术、军事武器等领域。

今天我们人类生活已经几乎离不开这些科技发明成果，自然也不可能脱离人为的形形色色的电磁辐射环境。

1.2、电磁干扰电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)一般是指电磁辐射对正常工作的电子电气设备产生干扰，引起这些设备发生错误或性能下降的现象。

例如手机通讯引起飞机电子装置故障、医疗设备故障，电动机运转引起广播收听噪音和电视机画面扭曲等。

电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。

传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。

辐射干扰是指干扰源通过空间把其信Electromagnetic号耦合（干扰）到另一个电网络。

在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

防止电磁干扰是现代电子系统设计的重要课题，研究电磁干扰产生、传播和接受机理并采取各种技术措施防止其危害，已经形成一门称为电磁兼容（EMC——Electromagnetic Compatibility）的专业技术。

1.3、电磁污染电磁污染（Electromagnetic Pollute）是指过量的电磁辐射对环境造成的危害。

电磁污染是一个笼统的广义概念，即包括通常所说的电磁干扰，也包括电磁辐射对人体以及其它动植物的危害，不过习惯上提到电磁污染指的是后者。

电磁辐射不等于电磁污染，只有超过一定的限度才构成电磁污染。

电磁污染是近年随着地球空间电磁环境日益恶化和复杂化，以及人类自我保护意识增强而成为绿色环保的一个重要课题。

如同我们离不开水而又遭受水灾危害一样，人类智慧应该能够驾驭电磁辐射这一自然现象，使其造福人类的同时控制它的危害。

1.4、电磁辐射危害健康的表现1、对心血管系统的影响: 表现为头痛、心悸、乏力、部分女性经期紊乱，受害者一般出现心动过缓、少数呈现心动过速以及血压波动，心搏血量减少，窦性心律不齐，白细胞和血小板减少等;2、对中枢神经系统的影响: 表现神经衰弱症候群：头痛、头晕、记忆力减退，无力、容易激动、睡眠障碍（失眠，多梦或嗜睡），以及多汗、心悸、胸闷，脱发等，此外还表现有短时间记忆力减退，视觉运动反应时值明颢延长；手脑协调动作差，表现对数字划记速度减慢，出现错误较多等症状；3、视觉系统的影响:容易出现视觉疲劳、眼感到不舒适和眼感干燥等症状，出现眼球晶体混浊，严重时造成白内障，是不可逆的器质性损害，影响视力；4、对生殖系统的影响: 表现为性功能降低，男子精子质量降低、阳萎，女人出现月经周期紊乱、孕妇发生自然流产和胎儿畸形等;5、对机体免疫功能的影响：长期处于高电磁辐射的环境中，会使血液、淋巴液和细胞原生质发生改变、影响人体的循环系统，同时出现人体的白血球吞噬细菌的百分率和吞噬的细菌数均下降，引起免疫力下降、诱发癌症以及糖尿病、遗传性疾病等病症，对儿童可能诱发白血病.2. 电磁辐射的防护2.1、电磁辐射的认识1、不必谈虎色变，草木皆兵其实人类一直生活在电磁环境里。

地球本身就是一个大磁场，其表面的热辐射和雷电都可产生电磁辐射。

此外，太阳及其他星球也自外层空间源源不断地产生电磁辐射。

但天然产生的电磁辐射对人体是没有损害的，对人体构成威胁、对环境造成污染的是人工产生的电磁辐射。

只要制定科学的、正确地的标准，并且大家都严格执行规定标准，再加上个人防护意识和措施，可以减轻进而排除电磁污染的危害。

2、科学研究，任重道远多年来，人们对电磁辐射对人体的危害到底有多大一直争论不休。

但是，由于研究证据的缺乏及相互对立，科学家至今也未有定论。

厂商、专家以及医疗行业的相关从业人员对此问题也是各执一辞，一时也很难得到一个确定的结论。

可能电磁辐射对人类健康的影响，例如DNA的影响有可能要经过几十年甚至上百年，对人类后代的影响才能得到确认。

电磁辐射的影响不是简单直观的，有些结论可能不是几年或者几十年的研究就可以得出的。

3、问题严重，不能掉以轻心电磁辐射对人体的危害问题之所以严重，是基于以下因素：电磁波充斥空间，无色、无味、无形，可以穿透包括人体在内的任何物质，在没有造成直接危害时容易被人们忽略；各种产生电磁辐射的电子电气设备在迅速增加，地球正在变成一个“巨大的微波炉”；电磁辐射危害的长期积累效应，使科学研究和试验难度加大；由于电磁辐射对人体的危害的机理及人体耐受度等基础科学理论不确定，制定标准及预防措施缺乏理论依据；电气电子行业对社会经济发展的巨大作用和人类生活方式的改变与电磁辐射防护措施的冲突，加大了电磁辐射防护复杂性和严重性；极低频电磁场对人体的影响可能超过所有其它频率电磁波；2.2、预防建议摆在我们面前的现实是，一方面我们生活环境的电磁辐射环境越来越复杂，电子电器产品的迅速普及使电磁污染源有增无减；另一方面，关于电磁辐射和电磁污染标准的在学术界争论一时还难以得出结论。