2電磁學(xué)與電磁波

1、第二章    電磁學(xué)與電磁波,§2.1電磁學(xué)發(fā)展簡史§2.2 靜電學(xué)與靜磁學(xué)§2.3 電磁感應(yīng)定律§2.4 電磁波應(yīng)用,第二章 電磁學(xué)與電磁波,§2.1 電磁學(xué)發(fā)展簡史指南針,戰(zhàn)國時(shí)司南和地盤復(fù)原模型,北宋科學(xué)家沈括指南針?biāo)姆N試驗(yàn)復(fù)原,北宋初年，曾公亮主編的《武經(jīng)總要》（約成書1044年）中介紹了一種“指南魚”(復(fù)原模型),元代磁州窯繪浮針

2、瓷碗,元代指南龜復(fù)原(剖面),明代航海水羅盤復(fù)原,明嘉靖年間(1522～1566)航海木帆船沿用“旱羅盤”,富蘭克林著名風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)　　 美國的富蘭克林的最著名的實(shí)驗(yàn)是風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)。早在1749年他就注意到雷閃與放電有許多相同之處。1752年他通過在雷雨天氣將風(fēng)箏放入云層，來進(jìn)行雷擊實(shí)驗(yàn)，證明了雷閃就是放電現(xiàn)象。,庫侖的扭秤實(shí)驗(yàn),1785年，庫侖設(shè)計(jì)了精巧的扭秤實(shí)驗(yàn)，直接測定了兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷的相互作用力與它們之

3、間的距離二次方成反比，與它們的電量乘積成正比。庫侖的實(shí)驗(yàn)得到了世界的公認(rèn)，,物理學(xué)家伏打電池。,1799年伏打制造了第一個(gè)能產(chǎn)生持續(xù)電流的化學(xué)電池.,安培演示電流相互作用的裝置（復(fù)制品）,歐姆發(fā)現(xiàn)電路定律,基爾霍夫分支電路定律,法拉第從事電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究，,楞次給出感應(yīng)電流方向的描述,電磁場的麥克斯韋方程組,赫茲電磁波實(shí)驗(yàn),§2.2 靜電學(xué)與靜磁學(xué),“電” 在西方是從希臘文ηλεκτρον(琥珀)一詞轉(zhuǎn)意得來，在中國則是從

4、雷閃現(xiàn)象中引出來的。§2.2.1 靜電學(xué) 靜電學(xué)是研究靜止電荷產(chǎn)生電場及電場對(duì)電荷產(chǎn)生作用力的規(guī)律。電荷種類：正電和負(fù)電。電荷守恒定律：電荷可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，任何物理過程中電荷的代數(shù)和保持不變。庫侖定律：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引,電場與電勢,①高斯定理：表示靜電場的電力線始于正電荷，終于負(fù)電荷，亦即靜電場是有源場。②環(huán)量定理：靜電場中環(huán)量恒等于零表明，靜電場中沿任意閉合路徑移動(dòng)

5、電荷，電場所做的功都為零，因此靜電場是非旋場，可以引入電位來描述：,電力線與等勢面,根據(jù)庫侖定律和場強(qiáng)疊加原理還可得到靜電場基本性質(zhì)的兩個(gè)定理：,靜電場中的導(dǎo)體一、靜電感應(yīng)與靜電平衡 靜電感應(yīng) —— 在靜電場力作用下，導(dǎo)體中電荷重新分布的現(xiàn)象。,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,無外電場時(shí),導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感

6、應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程,加上外電場后,導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡,靜電平衡 —— 導(dǎo)體中電荷的宏觀定向運(yùn)動(dòng)終止，電荷分布不隨時(shí)間改變。靜電平衡條件：用場強(qiáng)來描寫： 1. 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零；

7、 2. 表面場強(qiáng)垂直于導(dǎo)體表面。用電勢來描寫： 1. 導(dǎo)體為一等勢體； 2. 導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢面。,金屬球放入前電場為一均勻場,金屬球放入后電力線發(fā)生彎曲 電場為一非均勻場,演示：靜電感應(yīng),二、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上的電荷分布 1、實(shí)心導(dǎo)體 由于導(dǎo)體內(nèi)的電場為零，經(jīng)過導(dǎo)體內(nèi)任何小體積單元的表面的電場通量恒為零，根據(jù)高斯定理指出Σq = 0，因此在導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)的凈電荷也為零。也即

8、表示在靜電平衡下，電荷只分布在導(dǎo)體表面。,結(jié)論：電荷分布在導(dǎo)體 表面，導(dǎo)體內(nèi)部 場強(qiáng)處處為零。,2. 空腔導(dǎo)體 （1）腔內(nèi)無帶電體： 當(dāng)導(dǎo)體殼內(nèi)沒有其他帶電體時(shí)，在靜電平衡下，導(dǎo)體殼的內(nèi)表面上處處沒有電荷，電荷只能分布在外表面。,空腔內(nèi)沒有電場，或者說，空腔內(nèi)的電勢處處相等。,（2）腔內(nèi)有帶電體： 腔體內(nèi)表面所帶的電量和腔內(nèi)帶電體所

9、帶的電量等量異號(hào)，腔體外表面所帶的電量由電荷守恒定律決定。,三、靜電屏蔽 （演示） 在靜電平衡狀態(tài)下，腔內(nèi)無其他帶電體的導(dǎo)體殼和實(shí)心導(dǎo)體一樣，內(nèi)部沒有電場。只要達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)，不管導(dǎo)體殼本身帶電或是導(dǎo)體處于外界電場中，這一結(jié)論總是對(duì)的。 這樣，導(dǎo)體殼的表面就“保護(hù)”了它所包圍的區(qū)域，使之不受導(dǎo)體殼外表面上的電荷或外界電場的影響，這個(gè)現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。,靜電屏蔽的應(yīng)用例如：為了使一些精密的電磁測量儀器不受外

10、界電場的干擾，通常在儀器外面加上金屬罩。實(shí)際上金屬外殼不一定要嚴(yán)格封閉，甚至用金屬網(wǎng)作成的外罩就能起到相當(dāng)好的屏蔽作用。 有時(shí)要使一個(gè)帶電體不影響外界，這時(shí)可以把這帶電體放在接地的金屬殼或金屬網(wǎng)內(nèi)。,靜電屏蔽原理： 我們假設(shè)帶電體帶正電。有了金屬外殼之后，其內(nèi)表面出現(xiàn)等量的負(fù)電荷。由內(nèi)部帶電體出發(fā)的電力線就會(huì)全部終止在外殼內(nèi)表面等量的負(fù)電荷上，使電力線不能穿出導(dǎo)體殼。這樣就把內(nèi)部帶電體對(duì)外界的影響全部隔絕了。,然而，如果

11、外殼不接地，在它的外表面還有等量的感應(yīng)電荷，它的電場將對(duì)外界產(chǎn)生影響。,如果把外殼接地，則由于內(nèi)部帶電體的存在而在外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷將流入地下，這樣，內(nèi)部帶電體對(duì)外界的影響全部消除了。,說得確切一點(diǎn)，應(yīng)是外殼內(nèi)表面的負(fù)電荷在導(dǎo)體殼外產(chǎn)生了一個(gè)電場，它和內(nèi)部帶電體在導(dǎo)體殼外產(chǎn)生的電場處處抵消。,資料片：靜電應(yīng)用,§2.2.2 靜磁學(xué),靜磁學(xué)是研究電流穩(wěn)恒時(shí)產(chǎn)生磁場以及磁場對(duì)電流作用力的規(guī)律。電流：電荷的定向流動(dòng)形成電流。

12、磁場：電流之間存在磁的相互作用，這種磁相互作用是通過磁場傳遞的，即電流在其周圍的空間產(chǎn)生磁場，磁場對(duì)放置其中的電流施以作用力。電流產(chǎn)生的磁場用磁感應(yīng)強(qiáng)度描述。真空中穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場遵從畢奧——薩伐爾定律。,磁場性質(zhì)①磁高斯定理：反映磁力線總是閉合曲線。②安培環(huán)路定理：表明磁場不是勢場，是有旋場。,,,,,,,,,,,,,,,,,I,圓電流的磁力線,,,B,,I,通電螺繞環(huán)的磁場分布,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,通電螺線管的模型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,演示：螺線管磁場,§2.3 電磁感應(yīng)定律,§2.3.1 電磁感應(yīng)定律的建立一、法拉第確立電磁感應(yīng)定律 奧斯特的發(fā)現(xiàn)和日新月異的電流磁效應(yīng)的研究成果，極大地激勵(lì)了英國學(xué)術(shù)界。1821年，英國《哲學(xué)年鑒》主編邀請(qǐng)著名化學(xué)家戴維撰寫一篇文章，綜合評(píng)述奧斯特電流磁效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來的電磁學(xué)發(fā)展概況。戴維將這

14、一工作交給了助手法拉第，法拉第在收集材料過程中，對(duì)電磁學(xué)研究產(chǎn)生了興趣和熱情。從此，法拉第將研究工作轉(zhuǎn)向了電磁學(xué)。圖2-3-1法拉第電磁旋轉(zhuǎn)器,1、法拉第發(fā)明電磁旋轉(zhuǎn)器,1821年4月，英國大化學(xué)家、物理學(xué)家沃拉斯頓設(shè)計(jì)了電磁旋轉(zhuǎn)器，幾次實(shí)驗(yàn)都遭到了失敗。法拉第認(rèn)為，沃拉斯頓的這種設(shè)計(jì)是合理的，法拉第設(shè)計(jì)了一臺(tái)電磁旋轉(zhuǎn)器。,電磁旋轉(zhuǎn)器是電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)室雛型，它對(duì)人類利用電能具有劃時(shí)代的意義。法拉第關(guān)于電磁旋轉(zhuǎn)器實(shí)驗(yàn)的文章，被刊登在182

15、1年9月3日英國的《科學(xué)季刊》上。這次成功，充分顯示了法拉第無與倫比的實(shí)驗(yàn)技能和技巧，是他的科學(xué)天才出現(xiàn)的第一次高峰。同時(shí)，也強(qiáng)有力地激發(fā)了法拉第對(duì)電磁學(xué)的研究信心和熱情。,2、法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,英國科學(xué)界普遍認(rèn)為，作用總應(yīng)伴隨著反作用。奧斯特的發(fā)現(xiàn)是“電生磁”，促使人們想到了“滋生電”。法拉第就是最早想到“磁生電”的科學(xué)家之一。法拉第相信各種“自然力的統(tǒng)一”，追求這種統(tǒng)一，他確信客觀事物本身的結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性。這是法拉第進(jìn)行科學(xué)

16、研究的思想基礎(chǔ)。,1831年8月29日，法拉第想用一條通電導(dǎo)線的磁場從另一條導(dǎo)線中激發(fā)出感應(yīng)電流來。實(shí)驗(yàn)中，為了增強(qiáng)磁場和感應(yīng)電流，他將兩條直導(dǎo)線繞在鐵環(huán)上，形成兩個(gè)共芯螺線管。,1831年9月24日，法拉第用兩根各5英尺長的銅線將線圈與電流計(jì)連接，并把軟鐵棒插入線圈中。取兩條24英寸長的磁鐵，使它們按異性磁極并在一起。然后，把一端分開如馬蹄形磁鐵，讓帶線圈的軟鐵棒夾在其間。”,3、電磁感應(yīng)定律的確立,亨利在電磁鐵研究中想到了既然“電能

17、生磁”，難道磁就不能生電嗎？,亨利發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng),1830年，亨利在一根條形軟鐵芯上繞了一個(gè)銅線圈，用細(xì)銅絲將線圈的兩端與40英尺遠(yuǎn)的電流計(jì)相連接．然后將這個(gè)帶線圈的軟鐵棒放在電磁鐵的兩極問。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)表在1832年7月的《美國科學(xué)》雜志上，比法拉第論文發(fā)表晚了近一年。,法拉第在1831年11月24日向英國皇家學(xué)會(huì)報(bào)告了《電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究》的結(jié)果。他將產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件概括為：①變化的電流；②變化的磁場；③運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)恒電流；④運(yùn)動(dòng)的磁鐵

18、；⑤在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。并將“磁生電”的現(xiàn)象定名為“電磁感應(yīng)”。 法拉第又進(jìn)一步作了綜合分析，找到了產(chǎn)生電磁感應(yīng)的基本條件——二次電路(B線圈)中磁力線數(shù)量變化。 這樣就確立了電磁感應(yīng)定律：導(dǎo)體線圈中的磁力線數(shù)量發(fā)生變化將在線圈中激起感應(yīng)電流。 影視資料片：電磁跳圈，阻尼擺，電磁感應(yīng),法拉第一生致力于科學(xué)研究事業(yè)，不圖虛榮，甚至不接受為他增加的薪水。他成名之后，世界各國贈(zèng)給他的學(xué)位、學(xué)銜和其

19、他榮譽(yù)達(dá)94種之多，他從來不向任何人展示和炫耀。 法拉第一生中一直過著清貧而簡樸的生活，為后人留下了巨大的知識(shí)財(cái)富，他的代表作是《電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究》。他還是一位了不起的科普作家，曾寫過《蠟燭的化學(xué)史》等書，被譯成多種文字，流傳很廣。 法拉第是當(dāng)時(shí)世界上許多科學(xué)學(xué)會(huì)的會(huì)員，是當(dāng)時(shí)物理學(xué)家公認(rèn)的領(lǐng)袖，是自伽利略以來，從來沒有見過的頭腦中涌現(xiàn)出那么多奇妙思想和發(fā)現(xiàn)的科學(xué)巨人，是自學(xué)成材的典范，是人類走向電氣

20、時(shí)代的開路先鋒。1867年8月25日，他坐在椅子上安詳?shù)厝ナ馈?二、電磁感應(yīng)定律開辟了電氣時(shí)代的新紀(jì)元,電磁感應(yīng)定律使人類找到了機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換方法，開創(chuàng)了電氣化時(shí)代的新紀(jì)元。19世紀(jì)40年代，西歐先進(jìn)的資本主義國家先后進(jìn)入了電氣化時(shí)代的早期階段。電磁學(xué)的飛速發(fā)展，引發(fā)了第二次世界性技術(shù)革命浪潮，以電機(jī)為動(dòng)力的電氣化工業(yè)體系和各種電氣工業(yè)生產(chǎn)部門，如電解、電鍍、電熱、電焊、電冶、電力生產(chǎn)和輸送等方面的工廠、企業(yè)如雨后春筍般地建立

21、起來，電報(bào)、電話等信息技術(shù)也被廣泛地利用起來。電磁理論和電氣技術(shù)的進(jìn)步，把工業(yè)生產(chǎn)推向了歷史的新高峰。英國在1840年，由電氣技術(shù)造成的勞動(dòng)生產(chǎn)率是1770年蒸汽技術(shù)造成的勞動(dòng)生產(chǎn)率的27倍，是手工勞動(dòng)的108倍。70年中，勞動(dòng)生產(chǎn)率平均每年提高11.28％。,1993年，全世界發(fā)電總量達(dá)到12.26萬億千瓦時(shí)。最大的水電站是巴西和巴拉圭的伊泰普水電站，裝機(jī)容量為1260萬干瓦。我國長江三峽電站建成后，裝機(jī)容量為1850萬千瓦，那時(shí)

22、它將成為世界電站之冠。世界上最大的火電站是俄羅斯的蘇爾古特第二電廠，裝機(jī)容量為480萬千瓦；最大的核電站是加拿大的布魯斯電站，裝機(jī)容量為728萬千瓦。世界上電力生產(chǎn)正在穩(wěn)步增長，電力技術(shù)的發(fā)展正在向著高效率、注重環(huán)保的更高目標(biāo)邁進(jìn)。展望21世紀(jì)，新的時(shí)代將更加光明，更加美好，更加豐富多彩。,,§2.3.2 電磁場理論,麥克斯韋方程組描述了電磁場普遍遵從的規(guī)律。它同物質(zhì)的介質(zhì)方程、洛倫茲力公式以及電荷守恒定律結(jié)合起來，原

23、則上可以解決各種宏觀電動(dòng)力學(xué)問題?！　?根據(jù)麥克斯韋方程組導(dǎo)出的一個(gè)重要結(jié)果是存在電磁波，電磁波在真空中傳播的速度為 c。其數(shù)值與光在真空中傳播的速度相同，說明光是電磁波。,§2.3.3 近距作用與超距作用之爭,關(guān)于作用力是否需要中間媒介物質(zhì)的傳遞，對(duì)此問題的不同觀點(diǎn)就形成了近距作用和超距作用的爭論。1、圍繞萬有引力的爭論爭論的問題主要是：萬有引力是否存在? 萬有引力傳遞的機(jī)制究竟是什么？超

24、距作用觀點(diǎn)：以牛頓為一方，近距作用觀點(diǎn)：以法國科學(xué)家萊布尼茲、笛卡兒和荷蘭物理學(xué)家惠更斯為—方， 在整個(gè)18世紀(jì)和19世紀(jì)的前半個(gè)世紀(jì)，超距作用觀點(diǎn)占據(jù)著統(tǒng)治地位。,2、電磁相互作用爭論超距作用的觀點(diǎn)：法國的庫侖、安培等近距作用的觀點(diǎn)：英國法拉第，麥克斯韋 1887年，德國物理學(xué)家赫茲通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了電磁波的存在．說明電磁作用是以光速傳播的，而不是瞬時(shí)的超距作用。至此，超距作用觀點(diǎn)在電磁學(xué)中被大多數(shù)物

25、理學(xué)家所拋棄了。 20世紀(jì)初期，愛國斯坦在狹義相對(duì)論中指出，真空中的光速是一切物理作用傳播速度的極限。這就在整個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域排除了超距作用的可能性。,1916年，愛因斯坦進(jìn)一步提出了廣義相對(duì)論，認(rèn)為萬有引力也是以光速傳播的，這就是引力波。 由于引力波太微弱了，所以對(duì)它的觀測檢驗(yàn)異常的困難。盡管愛因斯坦在20世紀(jì)初期就預(yù)言了引力波的存在，直到1978年底，天體物理學(xué)家才取得了第一個(gè)定量的觀測證據(jù)。美國天文學(xué)家

26、泰勒等人，用一架直徑300米的射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)雙致密星體系PSRl913+16進(jìn)行了長達(dá)4年的觀測，確認(rèn)了它由于引力輻射阻尼而使公轉(zhuǎn)周期穩(wěn)定地變短。這個(gè)發(fā)現(xiàn)，對(duì)引力波的存在提供了一個(gè)有力的支持。,§2.3.4 法拉第的科學(xué)思想方法,一、確信各種運(yùn)動(dòng)形式的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化 法拉第對(duì)自然力(或能)的統(tǒng)—性具有堅(jiān)定的信念，他始終不渝地為證實(shí)各種現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系而努力。 法拉第還考慮過“在引力和電力之間可能的聯(lián)系

27、”。 1859年，他已是68歲的老人，還步履蹣跚地爬到泰晤士河畔滑鐵盧大橋附近的高塔上去做實(shí)驗(yàn)，觀察是否會(huì)因重力的變化而產(chǎn)生電荷的變化，結(jié)果失敗了。他在日記上寫道：“現(xiàn)在我的實(shí)驗(yàn)就到此為止，結(jié)果是否定的。但它們并沒有動(dòng)搖我堅(jiān)強(qiáng)的信念，即重力和電力之間—定是有關(guān)系的?！苯裉炜磥?，他把問題想得太簡單直觀了，但他堅(jiān)信自然力的統(tǒng)一的思想，仍然是非?？少F的。,二、力線和場的概念,法拉第否定超距作用，主張物質(zhì)之間的電磁力是需要由

28、媒質(zhì)傳遞的近距作用力的觀點(diǎn)。然而，電磁作用究竟怎樣借介質(zhì)接觸而傳遞呢? 為了回答這一問題，他引入了力線和場的概念。 法拉第關(guān)于力線和場的概念對(duì)于電磁學(xué)的發(fā)展以及整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展都是很有影響的。 湯姆遜評(píng)論說：“在法拉第的許多偉大的貢獻(xiàn)之中，最偉大的一個(gè)就是力線概念了，我想電場和磁場的許多性質(zhì)借助它就可以簡明而富有啟發(fā)性地表示出來?！?愛因斯坦曾高度評(píng)價(jià)法拉第的工作，認(rèn)為法拉第在電學(xué)中的地位，相當(dāng)于伽利

29、略在力學(xué)中的地位。愛因斯坦尤其稱贊了法拉第所建立的“場”的新概念：“這樣就奠定了同牛頓的物理學(xué)原則上不同的物理學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)在邏輯的一貫性上明顯地超過牛頓的物理學(xué)。因此，相對(duì)論不過是場論的下一個(gè)發(fā)展階段。” 著名科學(xué)史家丹皮爾也指出：“法拉第奠定了實(shí)用電學(xué)的三大部門，即電化學(xué)、電磁感應(yīng)與電磁波的基礎(chǔ)。而且他堅(jiān)持主張電磁場具有極大重要性，這也是現(xiàn)代物理學(xué)理論有關(guān)電的方面的歷史起點(diǎn)?！?美國物理學(xué)家?guī)?/p>

30、瑞這樣說過：“可以這樣來評(píng)述法拉第：當(dāng)他考察自然現(xiàn)象時(shí)，他的頭腦始終是警惕的，任何現(xiàn)象只要在他的實(shí)驗(yàn)室里出現(xiàn)一次，他就能把它記住，哪怕這些現(xiàn)象是偶然出現(xiàn)的?！?法拉第不僅在物理學(xué)上做出了許多重大的貢獻(xiàn)，他的道德品質(zhì)也是十分高尚的，在如何對(duì)待金錢、名譽(yù)和地位上，他為后人做出了光輝的榜樣。 他的學(xué)生和朋友丁鐸爾在《作為一個(gè)發(fā)現(xiàn)者的法拉第》—書中寫道：“這位鐵匠的兒子，訂書商的學(xué)徒，他的一生一方面可以得到十五萬鎊的財(cái)富，一方面

31、是完全沒有報(bào)酬的學(xué)問，要在這兩者之間作出選擇，結(jié)果他選擇了后者，終生過著窮困的日子。然而這卻使英國的科學(xué)聲譽(yù)比各國都高，獲得接近四十年的光榮?！?1851年，法拉第被一致選舉為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長，但他堅(jiān)決辭掉了這個(gè)職務(wù)，并說：“我希望我—直保持只有一個(gè)稱號(hào)，這就是法拉第?！?§2.3.5 麥克斯韋的科學(xué)思想方法,一、用類比方法揭示物理現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系二、用精確的數(shù)學(xué)語言建立電磁場理論 簡

32、明精確的數(shù)學(xué)語言是表述科學(xué)概念、科學(xué)理論的重要形式，是科學(xué)發(fā)展的要求，也是科學(xué)成熟的標(biāo)志之一。正如馬克思所說：“科學(xué)只有成功運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才算達(dá)到了完善的地步。”隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展已日趨定量化，只有定量化的數(shù)學(xué)描述才能經(jīng)得起在量上的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，也才能從量的細(xì)微差別上尋找理論的不足之處和改進(jìn)辦法。,麥克斯韋與法拉第是近代電磁學(xué)史上的兩顆巨星，他們都在電磁學(xué)領(lǐng)域取得了極大的成功。 雖然他們兩人的科學(xué)方法與科學(xué)風(fēng)格

33、迥然不同，然而麥克斯韋并不因此貶低法拉第的風(fēng)格。他曾說：“因?yàn)槿藗兊男撵`各有不同的類型?？茖W(xué)的真理也應(yīng)當(dāng)以種種不同的形式來表現(xiàn)。不管他以粗豪的物理方式說明其生動(dòng)的顏色也好。還是以—種樸素?zé)o味的符號(hào)表現(xiàn)也好，都應(yīng)當(dāng)被當(dāng)作是同樣科學(xué)的?！?麥克斯韋終身都保持著謙遜謹(jǐn)慎的高尚品格。他曾認(rèn)為，他自己與法拉第相比，只不過是—只筆，寫出了法拉第那些杰出的科學(xué)思想。 愛因斯坦曾把他們兩人稱作科學(xué)上的伴侶，就像當(dāng)年天文學(xué)

34、上的第谷和開普勒—樣。,愛因斯坦還深刻地闡述了麥克斯韋對(duì)物理實(shí)在觀念發(fā)展的影響。他說：“相信有一個(gè)離開知覺主體而獨(dú)立的外在世界，是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)?！?愛因斯坦指出：在牛頓的觀點(diǎn)中，質(zhì)點(diǎn)是我們表示實(shí)在的唯—形式，是實(shí)在的唯—代表。這種觀點(diǎn)本質(zhì)上是原子論的和機(jī)械論的。一切事件都要用機(jī)械的方式來解釋。然而，在法拉第和麥克斯韋的觀點(diǎn)中，物理實(shí)在是由連續(xù)的場來表示的。不能對(duì)它作機(jī)械論的解釋。實(shí)在概念這一變革，是物理學(xué)自牛頓以

35、來的一次最深刻和最富有成效的變革。 愛因斯坦評(píng)述道：“自從牛頓奠定理論物理學(xué)的基礎(chǔ)以來。物理學(xué)的公理基礎(chǔ)——換句話說，就是我們關(guān)于實(shí)在的結(jié)構(gòu)的概念——的最偉大的變革，是由法拉第和麥克斯韋在電磁現(xiàn)象方面的工作而引起的?！?§2.4 電磁波應(yīng)用,§2.4.1 電報(bào)的發(fā)明與現(xiàn)代通信一、電報(bào)的發(fā)明1、歷史的足音（1）早期的信息傳遞 早期的信息傳遞手段也是比較簡單的，主要是用人體本身或

36、人體與工具的簡單結(jié)合，如徒步、騎馬、乘車船、舉烽火、發(fā)弓箭等。馬拉松長跑就是古代人運(yùn)用人體本身來傳遞信息的典型事例。馬拉松賽程為42.195公里。,（2）電報(bào)發(fā)明的前奏,理論基礎(chǔ)的奠定1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特在做電流實(shí)驗(yàn)中第一次把電和磁聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)；同年法國物理學(xué)家安培提出了“應(yīng)用電磁效應(yīng)傳遞信息”的設(shè)想；1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律標(biāo)志著電磁學(xué)的創(chuàng)立。運(yùn)用電和磁來傳遞信息孕育了電報(bào)發(fā)明的生長點(diǎn)。電報(bào)發(fā)明的

37、先驅(qū)者們?yōu)閷?shí)現(xiàn)這個(gè)偉大的目標(biāo)，進(jìn)行了大量艱苦的實(shí)踐探索。,電通信的實(shí)驗(yàn)操作。,1736年蘇格蘭戈登用輕質(zhì)荷電排斥力的電信號(hào)裝置。1753年，摩爾遜設(shè)計(jì)了靜電電報(bào)；1790年，法國的佳普發(fā)明了一種視力信號(hào)機(jī)；1804年，西班牙沙爾伐研制出第一部電化學(xué)電報(bào)機(jī)。1809年，德國賽梅林、英國戴維等研制化學(xué)電報(bào)機(jī)；1822年，斯契林開始研制單針電報(bào)機(jī)，俄國科學(xué)家許林格設(shè)計(jì)了一種編碼式電報(bào)機(jī)；1831年，奧爾巴尼的亨利用電磁吸引原理來接

38、收遠(yuǎn)距離信號(hào)。1833年，德國科學(xué)家高斯和韋伯研制出能在實(shí)驗(yàn)室使用的電磁式電報(bào)機(jī)。1836年，英國發(fā)明家?guī)炜伺c物理學(xué)家惠斯通合作試制成可實(shí)際使用的五針式電報(bào)機(jī)。,2、有線電報(bào)的問世,（1）莫爾斯電報(bào)機(jī) 莫爾斯由一名美國出色畫家成為聞名于世的電報(bào)發(fā)明家， 1826-1842年，他擔(dān)任美國畫家協(xié)會(huì)主席。,莫爾斯電碼,1837年，莫爾斯的電報(bào)機(jī)研制成功了，這是世界上第一臺(tái)正式以“電報(bào)機(jī)”命名的裝置，至今，人們把這個(gè)裝置稱作

39、“莫爾斯電報(bào)機(jī)”。,技術(shù)的進(jìn)步如同歷史的車輪一樣是不可阻擋的，凡是為人類造福的技術(shù)發(fā)明必將受到歷史的尊重和社會(huì)的承認(rèn)。電報(bào)的議案終于被重新討論通過了。在莫爾斯領(lǐng)導(dǎo)下，世界上第一條實(shí)用的電報(bào)線路在華盛頓到巴爾的摩之間開通了。 1844年5月24日，這是人類通信史上非同尋常的一天，偉大的歷史時(shí)刻來臨了，莫爾斯在國會(huì)大廈聯(lián)邦最高法院會(huì)議廳里，向應(yīng)邀前來的科學(xué)家、政府人士介紹了實(shí)驗(yàn)原理，并向等候在64公里之外的蓋爾發(fā)出了歷史上第一份

40、長途有線電報(bào)。電文是：“上帝創(chuàng)造了何等的奇跡!” 從此，莫爾斯電報(bào)機(jī)風(fēng)靡全球，電報(bào)從實(shí)驗(yàn)研究最終成為一種實(shí)用的通信工具；人類通信史上又翻開了新的一頁。,（2）海底電纜的鋪設(shè),1850年最早的海底電纜在英法之間的多威爾海峽鋪設(shè)成功；1854年年輕的物理學(xué)家威廉·湯姆遜經(jīng)過一年的深入研究，解決了信號(hào)傳遞衰減的重大理論問題，成為長距離海底電纜鋪設(shè)工程的奠基人；1856年大西洋海底電纜公司成立，湯姆遜作為該公司蘇格蘭股東的董事參加

41、了第一條大西洋海底電纜的鋪設(shè)；1857年溝通歐美大陸的第一條海底電纜終于制成了；1866年4月湯姆遜仍身肩重任，主持沉放工作，永久性的大西洋海底電纜終于鋪設(shè)成功了！全部海底電纜鋪設(shè)工程經(jīng)歷了四次，整整進(jìn)行了十年，真可謂：步步看來都是血，十年辛苦不尋常!,3、無線電報(bào)的誕生,赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波后不到十年，意大利工程師、青年物理學(xué)家馬可尼、俄國科學(xué)家波波夫就實(shí)現(xiàn)了無線電通訊，開創(chuàng)了人類通信事業(yè)的新紀(jì)元。 無線電技術(shù)是

42、誰發(fā)明的？是馬可尼還是波波夫？無線電技術(shù)發(fā)明史上有一樁公案。,1895年5月7日波波夫制成了一架無線電接收機(jī)——雷電指示器，,波波夫,1896年3月24日又實(shí)現(xiàn)了距離約為250米的無線電通信，成功地傳送了世界上第一封有實(shí)際內(nèi)容的無線電報(bào)，標(biāo)志著無線電技術(shù)的誕生。,1894年，意大利青年馬可尼也開始利用電磁波的傳送來實(shí)現(xiàn)無線電通信的研究。,馬可尼,1897年冬，馬可尼成功地將無線電傳送用于商業(yè)后還進(jìn)行了體育實(shí)況報(bào)導(dǎo)。1898年他又把通信

43、距離增大到100多千米，而那時(shí)波波夫的無線電傳送距離只有40千米。1905年5月4日在美國把無線電發(fā)明權(quán)判給馬可尼，馬可尼榮獲1909年諾貝爾物理獎(jiǎng)。 快一個(gè)多世紀(jì)過去了，在人們心目中，一般認(rèn)為波波夫是無線電技術(shù)的最早發(fā)明人，而馬可尼是無線電實(shí)用電報(bào)技術(shù)的發(fā)明人，他們都是“無線電之父”。資料片：無線電發(fā)明,二、現(xiàn)代通信,1926年，實(shí)現(xiàn)了橫跨大西洋的無線電話通信。同時(shí)有線載波通信也得到很大發(fā)展。第二次世界大

44、戰(zhàn)后，隨著電視的普及，微波通信迅速發(fā)展。50年代，已建成以微波接力通信為主體的通信網(wǎng)，建起了超視距散射通信系統(tǒng)。60年代，數(shù)字通信開始建設(shè)，用全數(shù)字網(wǎng)代替模擬網(wǎng)成為世界上通信的普遍發(fā)展趨勢。1965年，美國發(fā)射了第一顆實(shí)用靜止通信衛(wèi)星。衛(wèi)星通信適用于數(shù)字通信和多址通信，后又出現(xiàn)了供傳輸話音、數(shù)據(jù)和圖像的全數(shù)字化的國內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，它把眾多的小型地球終端組成一個(gè)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。70年代,一種新型通信技術(shù),即光纖通信飛速發(fā)展起來。,

45、§2.4.2 廣播與電視,一、廣播通常將聲音廣播簡稱為廣播。無線廣播有調(diào)幅和調(diào)頻兩種調(diào)制方式廣播：①調(diào)幅廣播：一般用于中頻和高頻廣播。帶寬約為 9～10千赫，最高頻率約為4.5～5千赫，保真度較差。干擾嚴(yán)重，所以難于得到高質(zhì)量的接收。1920年調(diào)幅廣播是在無線電報(bào)的基礎(chǔ)上于在美國首次實(shí)現(xiàn)的。②調(diào)頻廣播：工作在甚高頻頻段。帶寬約為200千赫，最高頻率可達(dá)15千赫,因而保真度高。另外，調(diào)頻廣播的信噪比高，抗干擾能力強(qiáng)。1

46、941年開始有調(diào)頻廣播，并在1961年確定了與單聲道廣播兼容的立體聲廣播制式。,二、電視,1884年德國科學(xué)家尼普科夫發(fā)明螺盤旋轉(zhuǎn)掃描器，1925年美國詹金斯和1926年英國貝爾德相繼實(shí)現(xiàn)影像粗糙的機(jī)械掃描電視系統(tǒng)；1932年改進(jìn)了美國茲沃雷金1923年發(fā)明的光電攝像管。范思沃恩于1930年發(fā)明的電子掃描系統(tǒng)和RCA公司電子束顯像管的改進(jìn)，使電視進(jìn)入了現(xiàn)代階段。1937年在英國，1939年在美國開始了黑白電視廣播。19

47、58年中國開始黑白電視廣播。,茲沃雷金,彩色電視,1929年美國的伊夫斯首先完成彩色電視的實(shí)驗(yàn)；1945年美國無線電公司制成了世界上第一臺(tái)全電子管彩色電視機(jī)；1953年美國采用了NTSC兼容制彩色電視制式，1954年正式廣播。 1963年聯(lián)邦德國確定了兼容的PAL彩色電視制式、 1966年法國確定了SECAM彩色電視制式，1972年我國的彩色電視開始廣播，采用PAL-DK制式。 1975年開始生產(chǎn)彩色電視機(jī)。 資

48、料片：電視發(fā)明、數(shù)字高清晰度電視,§2.4.3 微波應(yīng)用,微波是波長約從1米～1毫米的電磁波一、微波能應(yīng)用 微波作為能源始于50年代后期，至60年代末，其應(yīng)用隨微波灶的商品化而得到發(fā)展。 微波能應(yīng)用主要是微波加熱，其機(jī)理是基于微波與物質(zhì)分子相互作用并被吸收而產(chǎn)生的熱效應(yīng)。特點(diǎn)：里外同時(shí)加熱，熱效率高，選擇性。 國際上規(guī)定的微波加熱專用頻率是915±25兆赫、24

49、50±50兆赫、5800±75兆赫和22125±125兆赫，常用的是 915兆赫和2450兆赫。,二、微波醫(yī)學(xué)應(yīng)用,微波無接觸診斷：生物體的組織是一種有耗的電介質(zhì)，皮膚、脂肪、肌肉、骨、血液、腦、眼以及其他各器官的電介特性各不相同。當(dāng)微波在生物體中傳播時(shí)，遇到不同組織的分界面或者通過不同的組織，會(huì)產(chǎn)生不同程度的衰減、相移、偏振、色散等。測定這些變化，就可作為無接觸診斷的依據(jù)。例如，用微波診斷肺氣腫和肺水腫；

50、用微波照射胸部，通過測量反射得到相應(yīng)的心動(dòng)記錄圖等。微波斷層掃描成像的診斷技術(shù)：由于生物體各種組織的電特性在微波頻率下差異較大，利用不同組織對(duì)微波的散射、衍射等現(xiàn)象，就出現(xiàn)了微波斷層掃描成像的診斷技術(shù)。,在微波治療方面：除利用微波透熱作用治療風(fēng)濕病、關(guān)節(jié)炎、肌肉痙攣引起的疼痛外，還可利用微波透熱作用殺死癌細(xì)胞，或輔助放射治療、化學(xué)治療來治療癌腫。微波解凍：微波加熱來解凍冷藏的血液，以供急用。通?？稍?分鐘內(nèi)使500亳升4～6 oC的

51、血液的溫升達(dá)到35 oC。微波透熱：做心臟手術(shù)時(shí)，為了減少病人新陳代謝的消耗，需要降低病人的體溫。手術(shù)完成后，為了供給全身的新陳代謝消耗，則要先從體內(nèi)深處快速升高體溫，也可利用微波透熱作用。微波解毒，在微波作用下，有機(jī)物的大分子產(chǎn)生介電飽和，從而引起氫鍵的破裂和其他次要分子間鍵的破裂。這就改變了有毒物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使其失去毒性。,三、微波生物效應(yīng),生物體受到微波照射后，在生物化學(xué)、生物物理、組織形態(tài)、生理功能、行為等方面發(fā)生變化的現(xiàn)象。

52、 微波熱效應(yīng)是微波場使生物組織中的鹽離子、極性蛋白質(zhì)分子、極性水分子加速和振動(dòng)而引起，使受照射生物組織把所吸收的微波能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，因而使生物組織的溫度升高。 微波的非熱效應(yīng)是無明顯溫升或與溫升無關(guān)的一種效應(yīng)。 微波生物效應(yīng)：有益效應(yīng)、有害效應(yīng)。這兩類效應(yīng)都可以由微波熱效應(yīng)或微波的非熱效應(yīng)引起。,,微波醫(yī)學(xué)應(yīng)用就是一種有益的微波生物效應(yīng)，它包括微波診斷、微波治療、微波解凍、微波解毒和微波殺菌

53、等。有害的微波生物效應(yīng)： 引起眼晶狀體混濁的視覺效應(yīng)； 抑制精子產(chǎn)生的微波生殖腺效應(yīng)； 影響受精胚胎，使胎兒畸形和發(fā)育緩慢的微波染色體效應(yīng)和可能的微波遺傳效應(yīng)； 引起失眠或嗜睡、頭痛、頭暈、疲乏的中樞神經(jīng)效應(yīng)； 引起血液動(dòng)力學(xué)失調(diào)、心律加快或變慢、心臟房室傳導(dǎo)阻滯、心肌病變的微波心血管效應(yīng)； 影響鐵的代謝及血紅蛋白合成和白血球減少的微波造血系統(tǒng)效應(yīng) 影響內(nèi)分泌及其他生理功能的微波效應(yīng)等。,生物體具有適應(yīng)環(huán)境變化的能

54、力，并具有補(bǔ)償外界環(huán)境施加于它的影響的能力。因此，若所引起的微波生物效應(yīng)是在生物體的生理補(bǔ)償范圍以內(nèi)的，則微波生物效應(yīng)不一定意味著是一次傷害，停止受到微波照射一段時(shí)間后，已出現(xiàn)的現(xiàn)象會(huì)自行消失。 由于微波對(duì)人體有傷害作用，對(duì)從事微波技術(shù)工作的人和接受微波治療的病人的病灶以外的部位都應(yīng)采取一定的防護(hù)措施，可用銅絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)（網(wǎng)孔的大小依微波的頻率而定，頻率高的網(wǎng)孔小，而頻率低的網(wǎng)孔大）來屏蔽，或穿戴特制的沉積有銅或銀的微波

55、防護(hù)服、防護(hù)帽和防護(hù)眼鏡。,§2.4.4 遙感技術(shù),遙感技術(shù)是從空間遠(yuǎn)距離檢測地球表面物體所輻射或反射的電磁波強(qiáng)度及其在空間和時(shí)間上的分布，以獲取大氣、陸地或海洋環(huán)境信息的技術(shù)。 地物波譜和遙感器 大氣對(duì)不同波長的電磁波有不同的透射特性，只有若干波段范圍可供遙感應(yīng)用。這些波段稱為大氣窗口。遙感技術(shù)中常用的波段有紫外、可見光、 近紅外、 熱紅外以及毫米和厘米波的微波波段。,大氣窗口和遙感技術(shù)中常用的電磁波波段

56、,在紫外、可見光和近紅外波段，常用的遙感器有空中攝影測量用照相機(jī)、多光譜照相機(jī)、電視攝像機(jī)、電荷耦合器件掃描儀和多光譜掃描儀等。在紅外波段，通常采用紅外輻射計(jì)和多光譜掃描儀。在微波波段，通常采用微波輻射計(jì)、微波散射計(jì)、微波掃描輻射計(jì)、微波高度計(jì)、真實(shí)孔徑和合成孔徑側(cè)視雷達(dá)等。,彩紅外攝影機(jī)、多光譜照相機(jī)、多光譜掃描儀、側(cè)視雷達(dá)和微波輻射計(jì)是用得較多的遙感器。彩紅外攝影是利用底片對(duì)不同波段，特別是近紅外波段的感光特性來獲取地物信息的

57、。多光譜圖像能反映地物在不同電磁波波段的反射強(qiáng)度，可根據(jù)地物的波譜特性識(shí)別出各種地物類別。,例如，利用多光譜圖像并根據(jù)地物波譜特性區(qū)分地物示意圖中 ?1、?2和?3波段的光譜圖像可以區(qū)分植被、土壤和水體。,利用多光譜圖像并根據(jù)地物波譜特性區(qū)分地物示意圖,陸地衛(wèi)星”多光譜掃描儀使用的 4個(gè)波段以及對(duì)地物類別的區(qū)分,微波輻射計(jì)是最早使用的微波遙感器。它能獲取各種地物在微波波段自身的熱輻射能量。側(cè)視雷達(dá)是另一種重要的遙感器，它從空中側(cè)向

58、發(fā)射電磁波束并接收從地面反射回來的電磁波。地物因介電常數(shù)、濕度和粗糙度等不同，反射的電磁波的強(qiáng)度也不同，因而能形成雷達(dá)圖像上的灰階。在干燥地區(qū)，它能穿透一定深度的地表反映淺層地下構(gòu)造。合成孔徑雷達(dá)能提高遙感器的方位（角）分辨力，可以用較短的天線獲得較高分辨率的圖像，而且分辨率高低與飛行高度無關(guān)，因而在航空和航天遙感中都得到廣泛的應(yīng)用。發(fā)射和接收不同極化方向的雷達(dá)波并使用不同的波段，可以得到多種雷達(dá)圖像，這有利于目視解譯和計(jì)算機(jī)分類識(shí)別

59、。資料片：雷達(dá)發(fā)明,§2.4.5 無線電導(dǎo)航,一、無線電導(dǎo)航1、發(fā)展簡況 20～30年代，無線電測向是航海和航空僅有的一種導(dǎo)航手段，而且一直沿用至今。 第二次世界大戰(zhàn)期間，出現(xiàn)了雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)，主要有奇(GEE)導(dǎo)航系統(tǒng)、 羅蘭導(dǎo)航系統(tǒng)和臺(tái)卡導(dǎo)航系統(tǒng)等。雷達(dá)也開始在艦船和飛機(jī)上用作導(dǎo)航手段，如雷達(dá)信標(biāo)、敵我識(shí)別器和詢問應(yīng)答式測距系統(tǒng)等。遠(yuǎn)程測向系統(tǒng)桑納(SON-NE)，后稱康索爾(consol)，也是在這一時(shí)期出現(xiàn)

60、的。飛機(jī)著陸也開始使用雷達(dá)手段和儀表著陸系統(tǒng)。,40年代后期，伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)研制成功。50年代出現(xiàn)塔康導(dǎo)航系統(tǒng)、地美依導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航雷達(dá)和羅蘭 C導(dǎo)航系統(tǒng)等。60年代，出現(xiàn)了“子午儀”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；超遠(yuǎn)程奧米加導(dǎo)航系統(tǒng)開始研制。70年代，微波著陸系統(tǒng)研制成功；同步測距全球定位系統(tǒng)開始研究。80年代初期建成奧米加地面系統(tǒng)。80年代后期同步測距全球定位系統(tǒng)進(jìn)展順利，已于建成并使用。,2、水上導(dǎo)航 沿海岸航行、駛向港口和離岸

61、300海里范圍內(nèi)的導(dǎo)航可使用臺(tái)卡、羅蘭、子午儀、雷達(dá)、差轉(zhuǎn)奧米加等導(dǎo)航系統(tǒng)。 海洋導(dǎo)航或超遠(yuǎn)程導(dǎo)航，可用遠(yuǎn)程羅蘭C系統(tǒng)、超遠(yuǎn)程奧米加系統(tǒng)或“子午儀”系統(tǒng)。3、空中導(dǎo)航 國內(nèi)飛行，航道用伏爾、地美依、伏爾塔克和塔康等系統(tǒng)，保持一定的航路寬度。 國際飛行在途中使用慣性導(dǎo)航設(shè)備、多普勒導(dǎo)航雷達(dá)或奧米加系統(tǒng)。,軍用航空要求有任意飛行的靈活性，慣性導(dǎo)航和多普勒導(dǎo)航設(shè)備能適應(yīng)這種要求，但在有條件的地區(qū)也可使用羅蘭C、 塔康等設(shè)備。軍用航空還

62、使用專用雷達(dá)導(dǎo)航，如地形跟隨雷達(dá)和側(cè)視雷達(dá)等。著陸系統(tǒng)民航多年來一直使用儀表著陸系統(tǒng)；微波著陸系統(tǒng)將取代儀表著陸系統(tǒng)的趨勢軍用飛機(jī)兼用雷達(dá)引導(dǎo)著陸和儀表著陸。 機(jī)上裝備數(shù)字計(jì)算機(jī)后可把多種導(dǎo)航系統(tǒng)組合，然后把輸出送往飛行控制系統(tǒng)，執(zhí)行自動(dòng)飛行任務(wù)。,二、同步測距全球定位系統(tǒng),一種正在趨于成熟的先進(jìn)軍用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，簡稱全球定位系統(tǒng) (GPS) 。60年代“子午儀”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研制成功以后，美國繼續(xù)研究更先進(jìn)

63、的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1973年開始研究全球定位系統(tǒng)，工程研究試制階段接近結(jié)束，80年代后期開始部署使用，用以滿足軍事上的需要。原計(jì)劃在3個(gè)軌道平面上共部署 24顆衛(wèi)星，在最佳狀態(tài)下可達(dá)到10米左右三維準(zhǔn)確度（全球范圍）。后來改為在6個(gè)軌道平面上共部署18顆衛(wèi)星，定位能力有所降低。,“子午儀”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),§2.4.6 電子對(duì)抗,電子對(duì)抗是為削弱、破壞敵方電子設(shè)備的使用效能和保障己方電子設(shè)備正常發(fā)揮效能而采用的綜合技術(shù)措施

64、，其實(shí)質(zhì)是斗爭雙方利用電磁波的作用來爭奪對(duì)電磁頻譜的有效使用權(quán)。電子對(duì)抗分類：通信對(duì)抗、導(dǎo)航對(duì)抗、雷達(dá)對(duì)抗、制導(dǎo)對(duì)抗、光電對(duì)抗、敵我識(shí)別對(duì)抗、無線電引信對(duì)抗、遙控遙測對(duì)抗和C3I對(duì)抗等。隨著電子技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)展，新的對(duì)抗領(lǐng)域還會(huì)出現(xiàn)。電子對(duì)抗有時(shí)也稱電磁對(duì)抗。,一、發(fā)展過程,①初始階段 電子對(duì)抗首先萌發(fā)于對(duì)通信的干擾。20世紀(jì)初，隨著火花通信的應(yīng)用就有了對(duì)軍事通信的竊聽和干擾。第一次世界大戰(zhàn)期間，隨著選頻通信的出現(xiàn),發(fā)

65、展了相應(yīng)的通信對(duì)抗。②形成階段 第二次世界大戰(zhàn)期間和戰(zhàn)后的50年代，通信、導(dǎo)航和雷達(dá)技術(shù)已相繼成熟。電子對(duì)抗技術(shù)也獲得了相應(yīng)的發(fā)展。在雷達(dá)對(duì)抗方面，廣泛使用了箔條和角反射器等無源干擾，以及噪聲有源壓制性干擾。50年代后期，由于功率行波管的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了欺騙性干擾。,在通信對(duì)抗方面，研究了對(duì)調(diào)頻電話、移頻電報(bào)和單邊帶通信進(jìn)行干擾的最佳干擾樣式，出現(xiàn)了專門用于通信對(duì)抗的設(shè)備。,超短波通信干擾機(jī),雷達(dá)欺騙式干擾吊艙剖面結(jié)構(gòu),

66、③全面發(fā)展階段,60年代以來，通信、雷達(dá)和光電技術(shù)獲得了飛躍的發(fā)展?；鹂叵到y(tǒng)、制導(dǎo)系統(tǒng)等大量應(yīng)用并成為主要攻擊手段，因而對(duì)角度、速度和距離跟蹤系統(tǒng)的欺騙干擾技術(shù)也得到了相應(yīng)發(fā)展。同時(shí)，出現(xiàn)了以噪聲調(diào)頻干擾為主的多種形式的壓制性干擾。由于紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈、光電控制武器的應(yīng)用，電子對(duì)抗向光電領(lǐng)域擴(kuò)展。在此時(shí)期，開始將計(jì)算機(jī)用于電子對(duì)抗設(shè)備，改進(jìn)了專用的電子對(duì)抗飛機(jī)，制成了投擲式干擾、反輻射武器和偵察站等多種電子對(duì)抗設(shè)備。各種電子設(shè)備也都改進(jìn)了反

67、干擾措施，研制了快速跳頻通信、頻率捷變雷達(dá)等反干擾能力強(qiáng)的電子設(shè)備。,艦載雷達(dá)對(duì)抗天線系統(tǒng)圖,機(jī)身下的雷達(dá)壓制式干擾吊艙,1.前方偵察測向天線 2.接收、發(fā)射機(jī) 3.偵察全向天線 4.電源 5.輔助單元6.處理機(jī) 7.瞬時(shí)測頻接收機(jī) 8.干擾發(fā)射天線 9.后方偵察測向天線 10.跟蹤天線,電子對(duì)抗直升飛機(jī),70年代以來，進(jìn)入發(fā)展電子對(duì)抗系統(tǒng)的階段。單一的電子對(duì)抗設(shè)備無法在任何情況下都能奏效，需要完備的電子對(duì)抗系統(tǒng)。隨

68、著數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、超大規(guī)模集成電路、寬帶微波技術(shù)等的進(jìn)步，電子對(duì)抗正向著數(shù)字化、自適應(yīng)和多功能系統(tǒng)方向發(fā)展。自適應(yīng)電子對(duì)抗系統(tǒng)將電子偵察和多種電子干擾設(shè)備在計(jì)算機(jī)控制下綜合成一體，以求達(dá)到實(shí)時(shí)優(yōu)化的能力。它可對(duì)復(fù)雜信號(hào)環(huán)境中的每一威脅信號(hào)自動(dòng)搜索和實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)識(shí)別、告警和定位，并按威脅等級(jí)實(shí)時(shí)控制干擾系統(tǒng)自動(dòng)適應(yīng)信號(hào)環(huán)境。使干擾種類和發(fā)射方向、頻率、時(shí)間、功率和調(diào)制樣式等參數(shù)與被干擾信號(hào)相匹配，以求干擾效果最佳。它能以一個(gè)干擾系

69、統(tǒng)按威脅等級(jí)的順序合理地分配干擾資源以壓制多個(gè)威脅，對(duì)制導(dǎo)、火控、通信等系統(tǒng)同時(shí)實(shí)施干擾，并具有鑒定于擾效果的能力。,地對(duì)空電子對(duì)抗系統(tǒng)，用于偵察、干擾機(jī)載雷達(dá)和導(dǎo)彈末級(jí)制導(dǎo)雷達(dá),三、主要內(nèi)容,電子對(duì)抗主要包括電子偵察、電子干擾和電子防御。1、電子偵察是截獲對(duì)方的電磁信號(hào)并進(jìn)行分析、識(shí)別、定位和記錄，以掌握輻射源的技術(shù)參數(shù)、威脅程度和部署情況的電子技術(shù)。電子偵察：電子情報(bào)偵察和電子支援偵察。電子情報(bào)偵察主要是預(yù)先進(jìn)行的，有長遠(yuǎn)目