4　电磁波与信息化社会

14 4 电磁波与信息化社会 教学目标 知识与能力 1 了解光信号和电信号的转换过程 了解电视信号的录制 发射和接收过程 了解雷达的定位原理教学重点 电磁波在信息社会的作用教学难点 电磁波在信息社会的作用 一 电磁波与信息传递 古代 古希腊人用火炬的位置表示字母符号 最原始的光通信系统 古代利用击鼓鸣金来报时和传达作战命令 最原始的声通信系统 利用信鸽 旗语 驿站等传递信息 这些原始的通信方式 无论在距离 速度 还是可靠性和有效性方面都很差 现代 1838年莫尔斯发明了电报 人们主要利用电信号传输信息 1876年贝尔发明了电话 19世纪末 人们开始利用电磁波传递无线电信息 在1901年马可尼成功实现了横渡大西洋的无线电通信 广泛的影响 广泛的应用 在google中搜索 电磁波 在google中搜索 无线电波 在google中搜索 电波 525万条 104万条 2070万条 二 电视 1 历史 1927年英国的发明家贝尔德首次在伦敦公开表演了远处传来的活动图像 标志着电视的诞生 2 基本思想 把复杂问题分解成简单问题的组合 3 摄像管 将光信号通过摄像管转变成电信号 4 显像管 将电信号转变成电光信号 摄像管 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 电视机的接收端 显像管为何能显示与摄像屏一样的像 显像管的电子束也在屏幕上扫描 扫描的方式与步调与摄像管的扫描同步 同时 显像管电子枪发射的电子束的强弱受图象信号的控制 为什么电视的画面是连续的 a 摄像机在1s内能够传送25帧图像 而电视机也以相同的速率在荧光屏上显现这些图像 b 人的眼睛有视觉暂留效应 电视广播的发射与接收 全过程示意图 低频电信号 高频载波信号 调制 发射 接收 调谐 解调检波 还原 1934 1939 1977 1980 最新的大屏幕液晶彩电 手表式彩电 浴缸式彩电 三 雷达雷达 radar 原是 无线电探测与定位 的英文缩写 1 基本任务 探测感兴趣的目标 测定有关目标的距离 方向 速度等状态参数 2 主要构造 天线 发射机 接收机和显示屏 3 工作过程 雷达发射机 天线 目标 天线 接收机 信号处理机 显示器 4 有关参数的测定 1 目标距离 目标方向 目标速度 5 雷达的指标 作用距离 威力范围 测距分辨率与精度测角分辨率与精度 测速分辨率与精度 6 雷达的分类 预警雷达 搜索警式雷达 无线线测高雷达 气象雷达 航管雷达 引导雷达 炮瞄雷达 战场监视雷达 机载截击雷达 导航雷达 敌我识别雷达 防撞雷达等等 脉冲雷达连续波雷达 常见的车载雷达 预警雷达 搜索雷达 铺路爪 远程预警雷达 每套8亿美元的美售台预警雷达 利用雷达进行天气预报 汽车倒车雷达 四 移动电话 1 移动电话是一个怎样的仪器 1 什么是 基站 为什么要建设 基站 移动电话 五 因特网 电磁波的危害 电磁波的危害 手机的危害原因 在待机状态下 手机不断的发射电磁波 与周围环境交换信息 手机在建立连接的过程中发射的电磁波特别强 电磁波的危害 电磁波可能造成的伤害 手机释放的电磁辐射对脑细胞的影响 电磁辐射的遗害会不断累积 在十至十五年后 很可能出现更多因手机普及而导致的癌症病例 电磁辐射对胎儿的发育起到极大的影响 容易导致胎儿畸形和发育不良 手机危害的预防 移动电话接通瞬间释放的电磁波容易产生不好的影响 所以移动电话响时 一秒后再听手机 如果身边有其他电话可用 就不要使用手机 在使用手机时 可以采用手机专用耳机 实现远距离使用是比较有效的办法 休息时不要将手机置于枕头边 注意手机的摆放位置 医学专家建议我们 手机不用时最好放在包里 但不要放在胸前的口袋中 也不要直接挂在胸前 手机危害的预防 多吃绿茶可以防范辐射 使用绿色手机 GSM标准的手机的辐射标准为0 6 2瓦 而采用CDMA技术的手机其辐射标准要小得多 所以CDMA手机被称作绿色手机 电磁污染 电磁污染基本上是两大类 一是自然界所固有的 再就是人在利用电磁能时形成的 目前在人类的生存环境中 自然界固有的电磁辐射的影响已相对较小 人为的电磁辐射的影响却在迅速增大 在我国近十几年来电磁辐射的影响更是爆炸性的增强 电气烟雾 弥漫在我们周围 作为人造电磁辐射源 它还涉及很多方面 例如 广播电台 电视台 雷达 导航 通信 射电天文 气象预测 医疗设备中的电针炙 核磁共振等 宇航方面的各种飞行器等电子设备都会辐射电磁波 家庭中使用的微波炉 红外烤箱等家用电器 也都会产生电磁辐射 生活环境中充满了电磁波 只要是使用电的电器用品 都会放出电磁波 墙壁中看不见的电线 也会使电磁波检测笔哔哔叫 所以睡觉时不要太靠近装有电线的墙壁 以免因电磁波影响而无法好好睡一觉 而现代人人手一手机 它的电磁波其实是很强的 在电脑前拨通手机 大家往往会发现电脑萤幕闪铄不已 又在打开的收音机前拨通手机 收音机也受到很大的干扰 微波炉的微波也是很强的电磁波 有人曾经做过实验 发现微波抑制了植物的生长 这个实验是将4盆绿豆苗分别放入微波炉中照射微波5秒 10秒 15秒 20秒後 移出置於空旷处 另外一盆完全不照射微波做为实验控制组 观察这5盆绿豆芽每天的生长进度 发现不受微波照射的实验控制组 绿豆苗生长正常 经微波照射过後的植物 只有照射5秒的一盆尚有存活力 其他一概陆续枯萎 可见微波对生物的杀伤力 虽然如此 微波过的食物仍可食入 绝不会吃进微波的 另外也有人做微波使鱼眼变白的实验 将鱼眼睛放入微波炉中 照射微波九秒後观察鱼眼睛的变化 发现微波使鱼眼睛煮熟了 而当人的眼晴暴露在微波中 人眼晴中的水晶体也会和鱼眼睛一样变白 於是再也看不见东西了 这就是所谓的白内障 因此当妈妈使用微波炉煮点心时 小朋友千万不要在微波炉的玻璃门外看着 以免视力会越来越差 电磁波这麽可怕 我们该怎麽预防呢 一 拔掉插头可防止电磁波 电器用品不使用时 最好将插头拔掉 避免室内环境受到电磁波的侵害 二 保持距离可减少电磁波 没错 距离越远 电磁波强度越弱 所以在使用电器用品像电脑 电视 电风扇 吹风机 微波炉 电磁炉时 都要远离这些电器用品 以策安全 电磁泄密 磁泄露造成泄密电磁辐射除了造成无法清理的磁污染外 低强度的电磁泄露会带来意想不到的麻烦 法国某公司机要室附近停了一辆机动车 车内配备有电磁传感器 高灵敏度接受机和简易信息处理系统 车内电子探测系统与机要室的电脑信息网络之间无任何信息传输通道 奇妙的是 车内的显示荧屏上展示的图文信息 居然与机要室微机荧屏上显示的信息完全一样 这就是因为网络上的荧屏 机壳接缝 键盘 电缆接头等处产生电磁泄露 辐射到空间 它们可以被某些哪怕是简易的探测系统窃收和破译 目前 世界上不少国家都把美国作为电脑间谍活动及信息破坏的对象 为此 五角大楼坚持每年拨款数十亿美元 用来保障所有相关指挥系统的信息安全 雷达 radar 原是 无线电探测与定位 的英文缩写 雷达的基本任务是探测感兴趣的目标 测定有关目标的距离 方问 速度等状态参数 雷达主要由天线 发射机 接收机 包括信号处理机 和显示器等部分组成 雷达发射机产生足够的电磁能量 经过收发转换开关传送给天线 天线将这些电磁能量辐射至大气中 集中在某一个很窄的方向上形成波束 向前传播 电磁波遇到波束内的目标后 将沿着各个方向产生反射 其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向 被雷达天线获取 天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机 形成雷达的回波信号 雷达 接收机放大微弱的回波信号 经过信号处理机处理 提取出包含在回波中的信息 送到显示器 显示出目标的距离 方向 速度等 为了测定目标的距离 雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间 这个延迟时间是电磁波从发射机到目标 再由目标返回雷达接收机的传播时间 根据电磁波的传播速度 可以确定目标的距离为 S CT 2其中S 目标距离 T 电磁波从雷达到目标的往返传播时间 C 光速雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的 通过机械和电气上的组合作用 雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向 一旦发现目标 雷达读出些时天线小事的指向角 就是目标的方向角 两坐标雷达只能测定目标的方位角 三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角 测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能 雷达测速利用了物理学中的多普勒原理 当目标和雷达之间存在着相对位置运动时 目标回波的频率就会发生改变 频率的改变量称为多普勒频移 用于确定目标的相对径向速度 根据波形来区分 雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类 当前常用的雷达大多数是脉冲雷达 常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲 相关的参数为脉冲重复周期 脉冲重复频率 脉冲宽度以及载波频率 载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率 也称为雷达的工作频率 雷达的用途广泛 种类繁多 分类的方法也非常复杂 通常可以按照雷达的用途分类 如预警雷达 搜索警戒雷达 无线电测高雷达 气象雷达 航管雷达 引导雷达 炮瞄雷达 雷达引信 战场监视雷达 机载截击雷达 导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等 毫米波雷达工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达 它具有天线波束窄 分辩率高 频带宽 抗干扰能力强等特点 同时它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外 因此它能探测隐身目标 毫米波雷达还具有能力 特别适用于防空 地面作战和灵巧武器 已获得了各国的调试重视 例如 美国的 爱国者 防空导弹已安装了毫米波雷达导引头 目前正在研制更先进的毫米波导引头 俄罗斯已拥有连续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达 英 法等国家的一些防空系统也都将采用毫米波雷达 激光雷达工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达 它由激光发射机 光学接收机 转台和信息处理系统等组成 激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去 光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲 送到显示器 隐身兵器通常是针对微波雷达的 因此激光雷达很容易 看穿 隐身目标所玩的 把