高中物理第二冊(cè)電磁波（備課資料）

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精●備課資料一、赫茲生平(HeinrichRudolfHertz1857~1894）赫茲是德國(guó)物理學(xué)家，1857年2月22日出生于漢堡。在求學(xué)時(shí)代，他就被光學(xué)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)所吸引.1878年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)，1879年在物理競(jìng)賽中成績(jī)出眾,獲金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，第二年獲博士學(xué)位，當(dāng)了亥姆霍茲的助手.1885年任卡爾斯魯高等工業(yè)學(xué)院物理學(xué)教授，1889年接替克勞修斯任波恩大學(xué)理論物理學(xué)教授,同年當(dāng)選為柏林科學(xué)院通訊院士。赫茲在物理學(xué)上最主要的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)成功地證明了電磁波的存在,并且完善了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。1888年10月，赫茲在卡爾斯魯高等工業(yè)學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)室用放電線圈做火花放電實(shí)驗(yàn)，偶然發(fā)現(xiàn)和放電線圈靠得很近的另一個(gè)開(kāi)口的絕緣線圈中有電火花跳過(guò).這引起了他的注意，立即想起以前亥姆霍茲曾提出讓他研究驗(yàn)證麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的問(wèn)題.他設(shè)計(jì)了一個(gè)裝置來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).他在感應(yīng)圈C的兩個(gè)電極上各接一根30cm長(zhǎng)的銅棒A、B，每根銅棒一頭各接一個(gè)黃銅小球，另一頭接邊長(zhǎng)為40cm的正方形黃銅板，讓兩個(gè)黃銅小球相對(duì)著，組成發(fā)生器.當(dāng)通電時(shí)，發(fā)生器的銅球間產(chǎn)生高頻振蕩火花.另外，他用一段導(dǎo)線彎成環(huán)狀,兩端各接一個(gè)銅球作為檢波器（如上圖)，檢波器距離電磁波發(fā)生器10m。發(fā)生器的兩個(gè)銅球間產(chǎn)生電火花時(shí),他在檢波器的兩個(gè)銅球間隙也看到了電火花.赫茲用這樣簡(jiǎn)單的儀器成功地證明了電磁波的存在.赫茲的實(shí)驗(yàn)報(bào)告轟動(dòng)了科學(xué)界.之后,赫茲又設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用一塊鋅板反射電磁波，并利用入射波和反射波疊加后產(chǎn)生的駐波波長(zhǎng)和發(fā)生器振蕩頻率計(jì)算出電磁波的波速.最后的計(jì)算結(jié)果與麥克斯韋預(yù)料的完全相同——等于光速.赫茲還通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)電磁波是橫波，具有光波的一切特征：能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉和有偏振性,從而全面驗(yàn)證了光的電磁理論的正確性。1890年以后，赫茲整理了麥克斯韋的理論,進(jìn)一步完善了麥克斯韋方程組,使其更加優(yōu)美、對(duì)稱,成為麥克斯韋方程組的現(xiàn)代形式.赫茲還首先發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)后來(lái)成為愛(ài)因斯坦建立光量子理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).赫茲因骨癌于1894年元旦過(guò)早地逝世,年僅37歲。他的導(dǎo)師亥姆霍茲贊揚(yáng)他“才華橫溢、性格堅(jiān)毅，用自己短暫的一生解決了一個(gè)世紀(jì)以來(lái)許多科學(xué)家所沒(méi)有解決的一系列重要的問(wèn)題"。赫茲的實(shí)驗(yàn)為無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路，他被譽(yù)為無(wú)線電通訊的先軀。后人為了紀(jì)念他,用他的名字命名頻率的單位?！?摘自《中學(xué)物理課本中的科學(xué)家》二、說(shuō)長(zhǎng)道短電磁波自從電被人類發(fā)明以后,我們的生活就發(fā)生了日新月異的變化,電為人類造福，也促進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步，我們每天都生活在它的環(huán)境之中.電腦、電話、微波爐、洗衣機(jī)、冰箱、電視、空調(diào)…所有這些電器都是利用電磁波的特性而制造的.那么什么是電磁波呢？電磁波是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)形、穿透力極強(qiáng)的物質(zhì)，它是通過(guò)電流產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互作用形成的,在空中以光速傳播。各種波長(zhǎng)的電波、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和伽瑪射線，都是電磁波.電磁波據(jù)認(rèn)為從宇宙之初就存在，陽(yáng)光和閃電都能產(chǎn)生電磁波，但是對(duì)它的存在和特性的科學(xué)理解卻是19世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí),才證實(shí)了電磁波的存在。1895年,當(dāng)無(wú)線電波的發(fā)明使大西洋兩岸成功地進(jìn)行了電信號(hào)傳送后，各國(guó)便紛紛設(shè)立自己的無(wú)線通訊系統(tǒng)，這種革命性的信息傳送方式很快風(fēng)靡世界.如今,電磁波作為物質(zhì)能量和信息的載體被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)、交通、醫(yī)療、通訊等各行各業(yè).無(wú)疑電磁波在社會(huì)的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。醫(yī)療上，利用電磁波的穿透能力強(qiáng)，傳播速度快的特性制造各種醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行信息和能量的傳送以及病體的診斷、透視和治療,例如:近年來(lái)在放射性醫(yī)學(xué)中,利用電磁波代替手術(shù)刀進(jìn)行腦顱手術(shù),它是通過(guò)γ射線聚焦，連續(xù)大劑量照射預(yù)選病灶，使成束的γ射線具有很強(qiáng)的殺傷力,一次性摧毀病灶組織達(dá)到治療效果，并且這種手術(shù)具有不開(kāi)刀、不流血、無(wú)痛苦的特點(diǎn)，為世界放射性醫(yī)學(xué)做出了新貢獻(xiàn).80年代，電磁波被更加廣泛地應(yīng)用到無(wú)線通訊系統(tǒng)，使城市中高聳的電視發(fā)射塔、無(wú)線電發(fā)射塔、高壓輸配電系統(tǒng)、各種差轉(zhuǎn)臺(tái)參差錯(cuò)落,林林總總,使通訊業(yè)達(dá)到鼎盛時(shí)期.一時(shí)間,傳呼機(jī)、大哥大風(fēng)行一時(shí)，真可謂“海內(nèi)存知己，天涯若比鄰”，大大地方便了彼此的聯(lián)系與溝通。電磁波引起社會(huì)發(fā)生重大變革給人類帶來(lái)舒適與方便，同時(shí)也帶來(lái)煩惱與不安，正如工業(yè)革命帶來(lái)煙塵彌漫的工業(yè)污染，原子時(shí)代各種輻射病的陰影在人們心里蔓延一樣，電子時(shí)代的產(chǎn)物電磁波亦導(dǎo)致一種新型污染-—電磁波污染.電磁波污染不僅給人類生存環(huán)境造成影響，同時(shí)對(duì)人體健康也造成威脅.那么什么是電磁污染呢?你見(jiàn)過(guò)電磁污染現(xiàn)象嗎？電磁污染主要是家用電器、電動(dòng)工具和電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的火花和各種開(kāi)關(guān)、控制器、保護(hù)器形成的。例如，聽(tīng)眾正在聆聽(tīng)電臺(tái)播放的抒情歌曲,頃刻間嚦嚦聲、喀喀聲混雜其中;觀眾正興致勃勃地觀賞電視節(jié)目，屏幕上突然雪花點(diǎn)飄飄，波浪紋起伏，影視圖像模糊不清，令人掃興。諸如上述現(xiàn)象都是我們生活中經(jīng)常感受到的電磁波干擾。常坐飛機(jī)的人都知道,在飛機(jī)飛行過(guò)程中禁止使用手機(jī)、電腦、游戲機(jī)等無(wú)線通信設(shè)施，以防一些無(wú)序的電磁波影響航空導(dǎo)航通信.難道這些看不見(jiàn)的電磁波真的那么要命嗎?是的，千萬(wàn)別小看這些電磁波，它們的能量驚人.近年來(lái),由于無(wú)線通信業(yè)的發(fā)展,各種發(fā)射塔使得空中電波擁擠不堪，嚴(yán)重影響了各方面的正常業(yè)務(wù)。從1996年9月份開(kāi)始，北京首都機(jī)場(chǎng)1.30MHz以上的航空專用通信頻率全部遭到尋呼臺(tái)干擾的事件屢屢發(fā)生，1996年12月20日上午8時(shí)15分，航空對(duì)空頻道受到嚴(yán)重干擾，10架飛機(jī)不得不在空中盤(pán)旋等待，致使出港飛機(jī)不得不拉開(kāi)5分鐘到15分鐘的飛行時(shí)間.同樣的事件也頻頻在全國(guó)其他地方發(fā)生。在人們習(xí)慣認(rèn)為天高任鳥(niǎo)飛的地方，電磁波干擾竟給我們帶來(lái)如此大的危害?？茖W(xué)研究和事實(shí)表明,電磁波對(duì)人體也有極大危害:——使人體熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)失調(diào)，對(duì)心腦血管疾病起著推波助瀾的作用；-—擾亂人體自然節(jié)律,引起頭痛、失眠、健忘等神經(jīng)衰弱癥狀;-—導(dǎo)致人體染色體異常，免疫能力下降,誘發(fā)基因突變。電磁波干擾的傳播途徑有兩種:一種是電流沿著電源線傳播而引起的傳導(dǎo)干擾；另一種是電磁波發(fā)射源向周?chē)臻g發(fā)射導(dǎo)致的輻射干擾.為了防止和抑制電磁干擾，目前主