5/5第5章第3節初識電磁波及其應用收音機是通過接收廣播電臺發射的電磁波來播放節目的。將正在播放節目的收音機放在桌子上，搖動桌面上起電機的手柄，讓起電機的兩個金屬球間產生火花放電，這時我們會發現收音機播放的節目受到了干擾而發出噪聲。難道火花放電也會產生電磁波？電磁波究竟是怎樣產生的？本節將初步學習電磁波的相關知識，了解電磁波的產生、應用及其帶來的影響。1．電磁波的產生我們先來觀察一個實驗。如圖5-33所示，將可拆變壓器帶鐵芯的線圈甲接220V的交流電源，再將連接有小燈泡的閉合線圈乙套入鐵芯，我們會觀察到燈泡發光。燈泡發光說明乙線圈產生了感應電流。感應電流是怎樣產生的呢？圖圖5-33變化的磁場產生電流乙甲線圈甲通有交流電時會產生變化的磁場，使穿過線圈乙的磁通量發生變化而產生感應電流。感應電流形成的本質是什么？為解釋這類電磁感應現象，英國物理學家麥克斯韋提出，變化的磁場在周圍空間激發出一種電場，不管有無閉合回路，激發的電場總是存在的。在上述現象中，正是因為這個電場使閉合回路的自由電子定向移動而形成了電流。麥克斯韋還認為，變化的電場也能夠產生磁場。由此可見，電場和磁場是緊密聯系在一起的。周期性變化的磁場周圍會產生同期性變化的電場，周期性變化的電場周圍也會產生周期性變化的磁場。變化的電場和變化的磁場相互聯系在一起，就會在空間形成一個統一的、不可分割的電磁場（electromagneticfiled）。這種在空間交替變化的電磁場傳播出去就形成了電磁波（electromagneticwave）。圖5-34是電磁場傳播形成電磁波的示意圖。圖圖5-34電磁場傳播示意圖EBBEEE麥克斯韋還根據他提出的電磁場理論，計算得出電磁波的傳播速度恰好與真空中的光速相同。麥克斯韋指出，二者相同并非巧合，光的本質也是電磁波。麥克斯韋的這一預言將電、磁、光的現象統一起來，是牛頓力學之后物理學領域又一次大的綜合。1888年，德國物理學家赫茲（H．Hertz，1857-1894）通過實驗證實了電磁波的存在，從而證實了麥克斯韋電磁場理論，并預示著無線電技術的到來。2．電磁波的應用1895年，意大利的馬可尼（G．Marconi，1874-1937）成功地進行了距離約3km的無線電通信。幾乎與馬可尼同時，俄國的波波夫（A．Popov，1859-1906）也研制成功了無線電收發報機。1901年，馬可尼又成功地進行了跨越大西洋的無線電通信，實現了人類歷史上第一次遠距離無線電通信。1906午，美國物理學家費森登（R．Fessenden，1866-1932）進行了人類歷史上第一次無線電廣播。從此，廣播、通信事業在全球蓬勃發展。用無線電波傳遞的聲音或畫面信號被送到發射天線發出，收音機或電視機接收到信號后，再將電信號轉換為原來的聲音或圖像，我們就能收聽到廣播、看到電視面面了。手機通話是靠一種特殊的無線通信系統來實現的。移動通信所在的服務區被劃分成許多看不見的正六邊形服務小區，每個服務小區中心或角的頂點都設置無線基站（圖5-35），只要你在服務小區內打開手機，服務小區的無線基站就會白動將手機與移動交換中心接通，再由移動交換中心將電話接人普通電話通信網，接通電話。當你邊打電話邊移動到另一個服務小區時，原服務小區的無線基站會自動把信號轉移給新小區的無線基站，從而保證通話的連續。圖圖5-35通信網絡示意圖信息庫移動交換中心無線基站公共電話網絡雷達是一種用來檢測飛行器、船只等遠距離物體位置的系統。雷達系統由天線、發射機和接收機組成（圖5-36）。雷達天線發射高頻電磁波，電磁波遇到障礙物會被反射回來，接收機接收反射信號，根據信號的返回時間和方向可判斷遠處物體的方位。雷達還可用于預報天氣、繪制地圖等。圖圖5-36雷達工作原理示意圖振蕩器發射機信號顯示接收機信號雷達天線發射的無線電波收發轉換開關衛星通信利用距地面約36000km高處的地球同步衛星傳遞微波通信信號。只要在地球高空軌道上設置三顆同步衛星，衛星通信網就基本可以覆蓋整個地球表面（圖5-37），進行全球國際通信和電視節目轉播。衛星通信具有覆蓋面廣、通信距離長、不受地理環境限制，以及投資少、見效快等獨特的優點。目前，衛星通信主要分為國際衛星通信、區域衛星通信和國內衛星通信。圖圖5-37三顆等距離同步衛星實現全球閥蓋的示意圖123射電望遠鏡利用接收宇宙中發射出的電磁波信號來探測宇宙天體。如在必修第二冊中介紹的“中國天眼”已發現多顆脈沖星，使人類得以窺見宇宙更加深遠的神奇景象。3．電磁污染及防護電磁污染又稱電磁波污染或射頻輻射污染。隨著無線電技術、微波技術的迅速發展和普及，地面電磁輻射的密度和功率大幅度增加，電磁污染已成為一種威脅人類健康的無形污染。電磁輻射會給人們的生產生活帶來不利影響。例如，電磁輻射會干擾通信系統，使自動控制裝置發生故障，飛機導航儀表發生錯誤和偏差，影響地面站對人造衛星、宇宙飛船的控制等。電磁輻射還會干擾電視信號，使電視圖像不清晰或變形，并發出令人難以忍受的噪聲。過量的電磁輻射對心臟、血液和眼睛等都有很大的危害。電磁輻射的防護涉及科學、技術與社會諸多方面。從物理學的角度看，可以從電磁波源、電磁波的傳播途徑及受輻射的人這三個方面進行防護。從電磁波源方面來防護，可以通過技術革新減小電磁波發射功率，或者采用替代措施，將向空間發射的電磁波信號改為通過電纜或光纜傳送。從電磁波的傳播途徑方面來防護，可以采用屏蔽的方法，將電磁輻射源與外界隔離，阻止它向外擴散與傳播，或者將電磁輻射源建在遠離人群的地方，使電磁波的強度隨距離的增大而衰減。對于無屏蔽條件或雖然采取了屏蔽措施但不能完全屏蔽的情況，在電磁波輻射區域工作的人員必須采取個人防護措施，如穿防護衣、戴防護頭盔和防護眼鏡等，以減輕電磁輻射對人體的傷害。素養提升能體會電磁技術應用對人類生活和社會發展帶來的影響，能理