师：同学们好，今天我们一起来学习第十七章“电磁波与现代通信”。当你们打开网络，看到空中课堂的界面，听到老师的声音，就已经实现了和老师在线上的交流。那这些信息是通过什么途径传递到你们那里去的呢？今天我们就来一起探讨这个问题。

　　这一章分为三部分：信息与信息传播、电磁波及其传播、现代通信。首先，什么是信息？大家看看这两幅图片，天安门上冉冉升起的国旗，课堂上同学们踊跃发言的场景，从这些画面中你们想到了什么？我们生活在一个充满信息的世界里，各种事物发出的有意义的消息称之为信息，信息中包含的内容越多，信息量就越大。语言、符号和图像是人类特有的三种信息传播方式。那有哪些工具用于信息传播呢？大家打开课本，从课本上了解一些早期传播信息的工具。

　　同学们是否知道我国古代打仗时是怎样传递战报的呢？很多国家早期远距离传递信息会通过驿站，由专门传递消息的士兵骑着驿马往返于皇宫和战场之间，及时传达战报。长城上的烽火台，残留着古代打仗时释放狼烟传递信息的痕迹，通过这些，我们能了解一些当时的战况。信息和信息传播经历了五次巨大变革：语言的诞生、文字的诞生、印刷术的诞生。古代人们给我们留下了许多宝贵经验。近代，电磁波的应用开辟了一条新的传递信息的路径，方便遥远的人们及时互相传达信息。计算机技术的发展，又带给我们互联网、物联网、“互联网 +”的新时代。这是早期各式各样的电话机。1832 年，美国发明家莫尔斯受到电磁铁原理的启发，开始研制电报机。1876 年，贝尔研制了早期的电话，贝尔等人的发明标志着人类利用电磁波进行异地通话的开始。那如何自制一台简易的有线电报机呢？我们通过一段视频了解一下。

　　如果同学们也想做一台电报机，可以动手学一学。电报可以通过电流来传递信息，那么电磁波是怎样传递信息的呢？我们先来看一看有关波的知识。

　　电话以电流为载体，将声音传递到远方。现在小胖子在打手机，手机没连着导线，没法传电流，那靠什么传递信息呢？事实上，由于电流的磁效应，我们有了另一种载体——电磁波。虽然电磁波好像没听说过，但其实很常见。不过得先介绍介绍波。小胖子把一块石头扔进水里，水里荡起了涟漪。从侧面看这串水波，有凸有凹，凸的地方是波峰，凹的是波谷。两个相邻波峰或波谷间的距离叫做波长，1 秒钟出现波峰或者波谷的个数叫频率，水波前进的速度叫做波速。电磁波和水波类似，也有波峰、波谷，同样有波长、频率和波速。和声波不同的是，把手机放到真空玻璃罩内，还有来电提示，这是因为电磁波的传播不需要介质，它在真空中就可以传播，而且波速特别快，是 3×10 的 8 次方米每秒，这和光的速度一样。其实我们平常晒到的太阳光就属于电磁波。电磁波根据频率不同被分成很多段，频率较低的叫无线电波，我们听广播、看电视、打手机都用它们作为信息传递的载体，因为它们能传递很远的距离。频率更高的是红外线、可见光和紫外线，部分太阳光主要就是这些。再高频的就是 X 射线、伽马射线，它们杀伤力很强，但传播距离不远。总结一下，我们生活在电磁波的海洋中，它是速度非常快的一种载体，帮助我们传递广播、电视、手机的信号。虽然它看不见摸不着，但却是我们生活中不可或缺的一员，大家明白了吗？

　　什么是电磁波？它有哪些特点？我们先来了解一下有关波的基本特征和几个物理量。振幅用 a 表示，指波源偏离平衡位置的最大距离，单位是米。大家看，图中蓝色波的振幅比红色波的振幅略大些，注意“振幅”的“幅”字，偏旁不要写错。周期用 t 表示，指波源振动一次所需要的时间，单位是秒。波长用 Lambda 表示，指波在一个周期内传播的距离，单位是米。第一个提出电磁场理论的是英国物理学家麦克斯韦，他提出电磁波实际是在空间传播的周期性变化的电磁场。1888 年，德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。下面我们通过一段短片来了解一下当时的情况。

　　1873 年，英国物理学家麦克斯韦发表了《电磁通论》。在这本书中，麦克斯韦系统地总结了人类在 19 世纪中叶前后对电磁现象的探索过程，并概括了本人在电磁学方面的创造性研究，建立了一个完整的电磁理论体系。这一理论犹如一场狂风刮进科学界，原本进展缓慢的电磁学完全展现在物理学家们面前，自然引来了无比激烈的讨论。

　　虽然谁也没见过电磁波，但麦克斯韦的理论与公式都十分清晰。物理学家们大多默认了电磁波的存在，只不过对于电磁波的传播速度存有争议。有的人认可麦克斯韦关于电磁波传播速度的计算公式，有的人则认为电磁波具有超距作用，不需要时间就可直接传达，用现代化的词语形容就是“闪现”，而赫兹的老师亥姆霍兹就是“闪现派”的代表人物。为了证明哪种说法正确，亥姆霍兹重金悬赏，只要能证明麦克斯韦理论是否正确，就可以获得 100 度卡特。当然，对这笔钱心动的人很多，对电磁波传播真相好奇的人也不少，只是这个问题如果这么好解答，物理界也不会争执不休了。这时，亥姆霍兹想到了自己的得意门生赫兹，于是给他去信，邀请他也参与研究麦克斯韦的电磁理论。赫兹毫不含糊，研究了一番麦克斯韦的电磁理论，并在大脑中酝酿出可行的实验方案。

　　依照麦克斯韦理论，电扰动能辐射电磁波。于是赫兹根据电容器经由电火花隙会产生震荡的原理，设计了一套电磁波发生器。这个在如今看来十分简单的机器，在当年却解决了物理界的一大难题——证明了电磁波真实存在。

　　为了纪念赫兹为物理学做出的杰出贡献，人们把频率的单位命名为赫兹，符号是 Hz。收音机上旋钮所对的不同波段就是指不同频率的电磁波。频率的单位除了基本单位赫兹以外，还有比它大的千赫兹、兆赫兹，1 千赫兹等于 1×10 的 3 次方赫兹，1 兆赫兹等于 1×10 的 6 次方赫兹。那么电磁波的传播具有什么特点呢？我们再来看一段视频。