人教版物理 选修1-1 4.5 课题研究：社会生活中的电磁波 教案

第四章 电磁波及其应用
第5节　　课题研究：社会生活中的电磁波
【课前准备】
【课型】新授课 【课时】1课时
【教学目标】
1.学习从“课题探究”中，经历科学研究的过程．
2.通过课题研究，使学生自主获得关于电磁波在社会生活中应用的拓展．
自主学习
收集家中利用电磁波工作的各种用品，请列表在下面，并写出其工作利用的是电磁波的哪种特性？与同学交流相互的发现．
【材料】微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称．微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”．微波作为一种电磁波也具有波粒二象性．微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性．对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收．对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热．而对金属类东西，则会反射微波．
【微波炉使用手册】
1.微波炉使用手册
2.本微波炉专为家庭加热及烹调食物而设计，故不适用于其他工商用途。
3.烹调食谱所提供的是烹调的大约时间，影响烹调时间的因素有：您所喜欢的煮熟程度，食物的初温、形状大小、份量和使用器皿的形状、大小以及食物的排列、遮盖、翻搅等。
请参阅食谱中的“微波炉烹调技巧”，再参照这些因素，适当调整烹调时间。
4.一般情况下不可用微波炉煎炸食物，除非使用质量可靠的特制微波煎碟。具体参阅《格兰仕微波炉食谱》的有关内容
5.用户在使用微波炉之前，应检查所用器皿是否适用于微波炉。A.微波烹调时切勿使用金属器皿。带金边、银边的器皿也不应使用。微波炉中通常使用陶瓷、耐热玻璃、耐热塑料
或 纸质器皿。B.窄颈瓶不可直接放入微波炉加热。 C.使用保鲜纸遮盖食物烹调时，请将保鲜纸角摺上，使蒸汽可以逸出。煮好后 将保鲜纸小心拆开，避免蒸汽灼伤。
6.使用时先放入转盘支承及玻璃转盘,再将盛好食物的器皿放在玻璃转盘上进行烹调。
7.微波炉内无食物时，请不要使微波炉工作，以免空载运行损坏机器。
8.每次使用完微波炉，最好将一盛满水的玻璃杯置于炉内玻璃转盘上，避免误操作损坏机器。
9.切勿将一般的水银温度计放入微波炉内边加热，边测量，以免引起打火或损坏机器。
10.烹调少量食物时，要多加观察，防止过热起火。
11.当食物在塑料、纸或其它可燃材料制成的简易容器中加热或烹调时，应随时注意，防止起火。
12.从微波炉内拿出食物和器皿时，应当使用锅夹或戴上隔热手套，以免高温烫伤。
13.不要用微波炉储存任何物品。
14.为防止玻璃转盘受损坏，请遵守下列事项:A.用水清洗玻璃转盘时，应先待玻璃转盘冷却。B.切勿置滚热食品或炽热容器于冷却的玻璃转盘之上。C.切勿置冰冷食品或冰冷容器
于炽热的玻璃转盘之上。D.注意玻璃转盘的最大负载重量不能超过5kg。
15.烹调过程中发生冒烟或起火现象时，请不要立刻打开炉门，否则遇空气会加大火势，应立即切断电源。
16.警告——只有在已经提供充分的指导以致儿童能够采用安全的方法使用微波炉，并且明白不正确的使用会造成危险时，才能允许儿童在无人监控的情况下使用微波炉。
17.警告——不要直接加热装在密封容器内的液体或其它食物，因为这样有可能发生爆炸。
18.警告——如果微波炉门或门封已损坏，则不得再使用，直到经有资格的维修人员修好为止。
19.警告——除有资格的维修人员外，其他人来执行检修操作都是危险的，包括拆下防止微波能量泄漏的防护盖等操作。
20.警告——如果电源软线损坏，为了避免危险，必须由制造厂、其维修部或类似的专业人员更换。
21.警告——微波炉属于有人看管的产品，请在烹调过程中人不要离开现场。
22.警告——用微波炉烧开水时要尽量使用无盖的宽口容器。如要加入咖啡粉、奶粉、麦片或其它冲剂
【材料】微波炉的基本结构
微波炉的基本外形和构造
①门安全联锁开关--确保炉门打开，微波炉不能工作，炉门关上，微波炉才能工作；
②视屏窗--有金属屏蔽层，可透过网孔观察食物的烹饪情况；
③通风口--确保烹饪时通风良好；
④转盘支承--带动玻璃转盘转动；
⑤玻璃转盘--装好食物的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹饪均匀；
⑥控制板--控制各档烹饪；
⑦炉门开关--按此开关，炉门打开。
工作原理
(1)炉腔。炉腔是一个微波谐振腔，是把微波能变为热能对食品进行加热的空间。为了使炉腔内的食物均匀加热，微波炉炉腔内设有专门的装置。最初生产的微波炉是在炉腔顶部装有金属扇页，即微波搅拌器，以干扰微波在炉腔中的传播，从而使食物加热更加均匀。目前，则是在微波炉的炉腔底部装一只由微型电机带动的玻璃转盘，把被加热食品放在转盘上与转盘一起绕电机轴旋转，使其与炉内的高频电磁场作相对运动，来达到炉内食品均匀加热的目的。国内独创的自动升降型转盘，使得加热更均匀，烹饪效果更理想。
(2) 炉门：炉门是食品的进出口，也是微波炉炉腔的重要组成部分。对它要求很高，即要求从门外可以观察到炉腔内食品加热的情况，又不能让微波泄漏出来。炉门由金属框架和玻璃观察窗组成。观察窗的玻璃夹层中有一层金属微孔网，既可透过它看到食品，又可防止微波泄漏。由于玻璃夹层中的金属网的网孔大小是经过精密计算的，所以完全可以阻挡微波的穿透。
为了防止微波的泄漏，微波炉的开关系统由多重安全联锁微动开关装置组成。炉门没有关好，就不能使微波炉工作，微波炉不工作，也就谈不上有微波泄漏的问题了。
为了防止在微波炉炉门关上后微波从炉门与腔体之间的缝隙中泄漏出来，在微波炉的炉门四周安有抗流槽结构，或装有能吸收微波的材料，如由硅橡胶做的门封条，能将可能泄漏的少量微波吸收掉。抗流槽是在门内设置的一条异型槽结构，它具有引导微波反转相位的作用。在抗流槽入口处，微波会被它逆向的反射波抵销，这样微波就不会泄漏了。
由于门封条容易破损或老化而造成防泄作用降低，因此现在大多数微波炉均采用抗流槽结构来防止微波泄漏，很少采用硅橡胶门封条。抗流槽结构是从微波辐射的原理上得到的防止微波泄漏的稳定可*的方法。广东格兰仕企业（集团）公司生产的格兰仕微波炉所采用的就是国际上最先进的抗流槽结构和生产工艺，加上其开发研制的多重防微波泄漏技术，使微波泄漏控制技术达到国际先进水平。
(3) 电气电路：电气电路分高压电路、控制电路和低压电路三部分。
(a) 高压电路：高压变压器次级绕组之后的电路为高压电路，主要包括磁控管、高压电容器、高压变压器、高压二极管。
(b) 磁控管：磁控管是微波炉的心脏，微波能就是由它产生并发射出来的。磁控管工作时需要很高的脉动直流阳极电压和约3～4V的阴极电压。由高压变压器及高压电容器、高压二极管构成的倍压整流电路为磁控管提供了满足上述要求的工作电压。
(c) 低压电路：高压变压器初级绕组之前至微波炉电源入口之间的电路为低压电路，也包括了控制电路。主要包括保险管、热断路器保护开关、联锁微动开关、照明灯、定时器及功率分配器开关、转盘电机、风扇电机等。
(4) 定时器。微波炉一般有两种定时方式，即机械式定时和计算机定时。基本功能是选择设定工作时间，设定时间过后，定时器自动切断微波炉主电路。
(5) 功率分配器。功率分配器用来调节磁控管的平均工作时间（即磁控管断续工作时，"工作"、"停止"时间的比例），从而达到调节微波炉平均输出功率的目的。机械控制式一般有3～6个刻度文件位，而计算机控制式微波炉可有10个调整档位。
(6) 联锁微动开关。联锁微动开关是微波炉的一组重要安全装置。它有多重联锁作用，均通过炉门的开门按键或炉门把手上的开门按键加以控制。当炉门未关闭好或炉门打开时，断开电路，使微波炉停止工作。
(7) 热断路器。热断路器是用来监控磁控管或炉腔工作温度的组件。当工作温度超过某一限值时，热断路器会立即切断电源，使微波炉停止工作。
使用、维护上的禁忌
[一]微波炉要放置在通风的地方，附近不要有磁性物质，以免干扰炉腔内磁场的均匀状态，使工作效率下降。还要和电视机、收音机离开一定的距离，否则会影响视、听效果。
[二]炉内未放烹饪食品时，不要通电工作。不可使微波炉空载运行，否则会损坏磁控管，为防止一时疏忽而造成空载运行，可在炉腔内置一盛水的玻璃杯。
[三]凡金属的餐具，竹器、塑料、漆器等不耐热的容器，有凹凸状的玻璃制品，均不宜在微波炉中使用。瓷制碗碟不能镶有金、银花边。盛装食品的容器一定要放在微波炉专用的盘子中，不能直接放在炉腔内。
[四]微波炉的加热时间要视材料及用量而定，还和食物新鲜程度、含水量有关。由于各种食物加热时间不一，故在不能肯定食物所需加热时间时，应以较短时间为宜，加热后可视食物的生熟程度再追加加热时间。否则，如时间太长，会使食物变得发硬，失去香、色、味。按照食物的种类和烹饪要求，调节定时及功率（温度）旋钮，可以仔细阅读说明书，加以了解。
[五]带壳的鸡蛋、带密封包装的食品不能直接烹调。以免爆炸。
[六]一定要关好炉门，确保连锁开关和安全开关的闭合。微波炉关掉后，不宜立即取出食物，因此时炉内尚有余热，食物还可继续烹调，应过1分钟后再取出为好。
七]炉内应经常保持清洁。在断开电源后，使用湿布与中性洗涤剂擦拭，不要冲洗，勿让水流入炉内电器中。
[八]定期检查炉门四周和门锁，如有损坏、闭合不良，应停止使用，以防微波泄漏。不宜把脸贴近微波炉观察窗，防止眼睛因微波辐射而受损伤。也不宜长时间受到微波照射，以防引起头晕、目眩、乏力、消瘦、脱发等症状，使人体受损。
使用微波炉的9个禁忌
1.忌用普通塑料容器：一是热的食物会使塑料容器变形，二是普通塑料会放出有毒物质，污染食物，危害人体健康。使用专门的微波炉器皿盛装食物放入微波炉中加热，
2.忌用金属器皿：因为放入炉内的铁、铝、不锈钢、搪瓷等器皿，微波炉在加热时会与之产生电火花并反射微波，既损伤炉体又加热不熟食物。
3.忌使用封闭容器：加热液体时应使用广口容器，因为在封闭容器内食物加热产生的热量不容易散发，使容器内压力过高，易引起爆破事故。即使在煎煮带壳食物时，也要事先用针或筷子将壳刺破，以免加热后引起爆裂、飞溅弄脏炉壁，或者溅出伤人。
4.忌超时加热：食品放入微波炉解冻或加热，若忘记取出，如果时间超过2小时，则应丢掉不要，以免引起食物中毒。
5.忌将肉类加热至半熟后再用微波炉加热：因为在半熟的食品中细菌仍会生长，第二次再用微波炉加热时，由于时间短，不可能将细菌全杀死。冰冻肉类食品须先在微波炉中解冻，然后再加热为熟食。
6.忌再冷冻经微波炉解冻过的肉类：因为肉类在微波炉中解冻后，实际上已将外面一层低温加热了，在此温度下细菌是可以繁殖的，虽再冷冻可使其繁殖停止，却不能将活菌杀死。已用微波炉解冻的肉类，如果再放入冰箱冷冻，必须加热至全熟。
7.忌油炸食品：因高温油会发生飞溅导致火灾。如万一不慎引起炉内起火时，切忌开门，而应先关闭电源，待火熄灭后再开门降温。
8.忌将微炉置于卧室，同时应注意不要用物品覆盖微波炉上的散热窗栅。
9.忌长时间在微波炉前工作：开启微炉后，人应远离微波炉或人距离微波炉至少在1米之外。
如何清除微波炉顽垢
微波炉用过后若不随即擦拭，很容易在内部结成油垢，所以只好用特别的招数除垢：将一个装有热水的容器放入微波炉内热两三分钟，让微波炉内充满蒸气，这样可使顽垢因饱含水分而变得松软，容易去除。
清洁时，用中性清洁剂的稀释水先擦一遍，再分别用清水洗过的抹布和干抹布作最后的清洁，如果仍不能将顽垢除掉，可以利用塑料卡片之类来刮除，千万不能用金属片刮，以免伤及内部。最后，别忘了将微波炉门打开，让内部彻底风干。
【材料】雷达
不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，在真空中传播的速度都是光速C，差别在于它们各自的频率和波长不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。
测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。

测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。
测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。
【材料】隐形飞机
从原理上来说，隐形飞机的隐形并不是让我们的肉眼都看不到，它的目的是让雷达无法侦察到飞机的存在。

隐形飞机在现阶段能够尽量减少或者消除雷达接收到的有用信号，虽然是最为秘密的军事机密之一，隐形技术已经受到了全世界的极大关注。
　　隐身技术定义是：在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击的专门技术，当前的研究重点是雷达隐身技术和外形隐身技术。简言之，隐身就是使敌方的各种探测系统（如雷达等）发现不了己方的飞机，无法实施拦截和攻击。早在第二次世界大战中，美国便开始使用隐身技术来减少飞机被敌方雷达发现的可能。
雷达隐身技术
避开雷达是实现隐身的关键
雷达隐身技术是怎样实现的呢？首先我们得分析雷达的工作方式，雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标飞机、导弹等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。由此可见，飞机要想不被雷达发现，除了超低空飞行避开雷达波的探测范围外，就得想办法降低对雷达波的反射，使反射雷达波弱到敌人无法辨别的地步。这里有一个衡量飞行器雷达回波强弱的物理量：雷达散射截面积（英文名称RadarCross-Section，缩写为RCS），是指飞机对雷达波的有效反射面积，雷达隐身的方法便是采用各种手段来减小飞机的RCS。例如美国的B-52轰炸机的RCS大于100平方米，很容易被雷达发现，而与其同类的采用了隐身技术的轰炸机B-2的RCS约为0.01平方米，一般雷达很难探测到它。
目前用来减小飞机RCS的主要途径有两种：一是改变飞机的外形和结构，二是采用吸收雷达波的涂敷材料和结构材料。
由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，像发动机的进气道和尾喷口、飞机上的凸出物和外挂物、飞机各部件的边缘和尖端以及所有能产生镜面反射的表面，因此必须对飞机的外形和结构做较大的改进。我们可以看到隐身飞机的外形十分独特，如F-117基本上是由平面组成的角锥形体，尾翼为V形；而B-2则是前缘后掠、后缘为大锯齿形，没有机身和尾翼，整个飞机像一个大的飞翼，其发动机进气道布置在机体上方，没有外挂物突出在机体外面。此外，为了进一步减小飞机的RCS，还在机翼的前后缘、进气道唇口部分采用了能够吸收雷达波的材料，整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。
虽然隐形飞机能够在相当大的程度上隐身，但只是针对一般的探测设备而言，还有许多方法都可以发现隐身飞机，如米波雷达等等；也可以利用先进的战术来击落隐身飞机。在1999年3到5月美国对南联盟实施轰炸的时候，南联盟防空部队就曾经击落了美国的一架F-117A战斗轰炸机。此外，有得必有失，隐形飞机的隐身能力是以牺牲机动性作为代价的，而且造价也十分昂贵并且牺牲了飞机的载弹量，维护相当麻烦对机身的材料非常苛刻，一般国家难以负担。
【材料】炸弹
电磁波炸弹是一种电磁脉冲武器，电磁波炸弹爆炸时会产生能量巨大的脉冲，并“击穿”或“摧毁”作用范围内全部用电设施。电磁波炸弹瞬间释放出巨大的电能可达2 0亿瓦以上——相当于美国胡佛水坝水电站（Hoover Dam）一天产生的电能。
电磁波炸弹可由巡航导弹投放，也可从155毫米远程火炮或多管火箭发射装置发射。在目标上空弹壳炸裂，炮弹或火箭打开电磁波炸弹的无线电发射天线，发射装置在几纳秒内发送出巨大的无线电脉冲，攻击地面上的所有电子设备。这种高能微波不是以单个波束发射的，而是以波束的旁瓣形式发射的。电磁波炸弹不用飞机投放，而主要用巡航导弹投放，因为该炸弹释放的高能微波可被地面反射，可能会伤害到飞行员。
电磁波炸弹主要影响电子设备，“击穿”电子设备的敏感器件。它可以瘫痪敌人的通信系统，也能够破坏民用基础设施，如正在运行的发电厂、工厂、医院和运输等基础设施。这种电磁波炸弹不会伤害到人员，除非是有人戴着心脏起搏器。尽管目前还在进行试验来检测电磁波炸弹到底对人员有多大伤害程度，但科学家们相信，如果有人被上兆瓦的高能微波击中，在他们意识到这件事发生之前，他们身体可能就已变成蒸汽；如果有人被波束的旁瓣或金属表面反射的微弱反射波击中，他们也可能被灼伤，并且可能对大脑造成永久性伤害。