2018-2019版高中物理 第3章 電磁場與電磁波 3.3 無線電通信 3.4 電磁波家族學(xué)案 滬科版選修3-4.doc
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3.3 無線電通信 3.4 電磁波家族 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解無線電波的發(fā)射、傳播和接收過程.2.知道調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、檢波等概念.3.了解電磁波譜的組成及其各波段的主要特征和主要作用． 1．無線電廣播信號的發(fā)射過程：首先把要傳遞的聲音信號轉(zhuǎn)變成電信號并通過音頻放大器進行放大，成為被加載的低頻信號(填“高”或“低”)，然后將此低頻音頻信號通過調(diào)制器加載到由振蕩器產(chǎn)生的等幅的高頻信號上，成為隨音頻信號而改變的高頻信號，再通過高頻放大器進行放大，最后通過發(fā)射塔發(fā)射出去． 2．無線電波主要有地波傳播、天波傳播和直線傳播三種方式．中、長波的波長較長，能繞過地球表面上的一般障礙物，即能夠沿著地球表面進行傳播，因此采用地波傳播；短波和部分中波的波長較短，難以繞過地球表面上的一般障礙物，但能夠在地面與電離層之間來回反射進行傳播，因此采用天波傳播；而微波的波長更短，并且能夠穿透電離層，只能從發(fā)射天線直接傳播到接收天線，因此采用直線傳播． 3．電磁波是一個大家族，把各種電磁波按波長或頻率的大小順序排列起來，就組成了電磁波譜．若按波長由大到小的順序排列劃分為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線六個波段. 一、無線電波的發(fā)射 [導(dǎo)學(xué)探究] 1．廣播電臺的播音是聲音信號，這種信號是怎樣發(fā)射出去的呢？ 答案 先將聲音信號轉(zhuǎn)變成電信號，再將此電信號加載到高頻信號上，并進行放大，再通過發(fā)射塔發(fā)射出去． 2．你知道無線電波的傳播方式有哪些嗎？ 答案 地波、天波和直線傳播等． [知識深化] 1．無線電波的發(fā)射 (1)無線電廣播信號的發(fā)射過程 (2)振蕩器的作用：產(chǎn)生等幅高頻信號 (3)無線電波的調(diào)制 調(diào)制 在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù) 分類 調(diào)幅(AM) 使高頻電磁波的振幅隨低頻信號的強弱而變化的調(diào)制技術(shù) 調(diào)頻(FM) 使高頻電磁波的頻率隨低頻信號的強弱而變化的調(diào)制技術(shù) 2.無線電波的傳播方式 無線電波的傳播方式與其自身的波長或頻率有關(guān)，主要有地波傳播、天波傳播和直線傳播三種方式． [延伸思考] 電臺在發(fā)射聲音信號時，為什么不直接將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栔苯影l(fā)射出去，而是加載到高頻信號中發(fā)射呢？ 答案 電臺向外發(fā)射電磁波，要有足夠高的頻率，而聲音信號頻率較低，直接把其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡?，發(fā)射能力較低，而把它加載到高頻信號中后就提高了發(fā)射能力． 例1 (多選)下列對無線電廣播要對電磁波進行調(diào)制的原因的說法正確的是( ) A．經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強 B．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快 C．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長不變 D．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長改變 答案 AD 解析 調(diào)制是把要發(fā)射的信號“加”到高頻等幅振蕩上去，頻率越高，傳播信息能力越強，A對；電磁波在空氣中傳播速度不變，B錯；由v＝λf知，波長與波速和傳播頻率有關(guān)，C錯，D對． 例2 (多選)關(guān)于無線電波的傳播，下列說法正確的是( ) A．發(fā)射出去的電磁波，可以傳到無限遠(yuǎn)處 B．無線電波遇到導(dǎo)體，就可以在導(dǎo)體中激起同頻率的振蕩電流 C．波長越短的電磁波，越接近直線傳播 D．移動電話是利用無線電波進行通信的 答案 BCD 解析 無線電波在傳播過程中，遇到障礙物就會被吸收一部分，遇到導(dǎo)體，會在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流(同頻率的振蕩電流)，故A錯、B正確．波長越短，傳播方式越接近光的直線傳播，移動電話發(fā)射或接收的電磁波屬于無線電波的高頻段．故C、D正確． 二、無線電波的接收 [導(dǎo)學(xué)探究] 在我們周圍彌漫著各種電臺、電視臺及無線電設(shè)備發(fā)出的電磁波，我們?nèi)粝胧章犇骋浑娕_的廣播時，需要調(diào)節(jié)收音機的旋鈕選臺，你知道“選臺”的作用嗎？ 答案 “選臺”是為了使想收聽的某一電臺發(fā)射的電磁波的頻率與收音機的接收電路的固有頻率相同． [知識深化] 1．無線電波的接收原理：電磁波在空間的傳播過程中如果遇到導(dǎo)體，就會使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此，空間中的導(dǎo)體可以用來接收電磁波． 2．電諧振與調(diào)諧 (1)電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強的現(xiàn)象． (2)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程．它使我們從諸多電磁波中挑選出某一頻率的電磁波． 3．檢波：從接收到的高頻振蕩信號中“檢”出所承載的低頻信號的過程． 例3 (多選)關(guān)于電磁波的接收，下列說法正確的是( ) A．當(dāng)處于電諧振時，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 B．當(dāng)處于電諧振時，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 C．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過耳機就可以聽到聲音了 D．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過檢波、放大，通過耳機才可以聽到聲音 答案 AD 解析 當(dāng)處于電諧振時，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，只不過頻率跟諧振電路固有頻率相等的電磁波，在接收電路中激發(fā)的感應(yīng)電流最強．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，要再經(jīng)過檢波(也就是調(diào)制的逆過程)、放大，通過耳機才可以聽到聲音，故正確答案為A、D. 三、電磁波譜 [導(dǎo)學(xué)探究] 電磁波是一個大家庭，在生產(chǎn)、生活中有廣泛的應(yīng)用，你能舉一些應(yīng)用電磁波的例子嗎？ 答案 紅外線攝影、紅外線體溫計、利用紫外線工作的驗鈔機、微波爐利用微波加熱食物、電視信號的傳播、醫(yī)學(xué)上的透視…… [知識深化] 不同電磁波的特點及應(yīng)用 電磁波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 γ射線 頻率 由左向右，頻率變化為由小到大 真空中波長 由左向右，波長變化為由長到短 特性 波動性強 熱效應(yīng)強 感光性強 化學(xué)作用，熒光效應(yīng)強 穿透 力強 穿透力最強 用途 通信廣播、電視、雷達、導(dǎo)航 紅外遙感、遙測、加熱、紅外攝像、紅外制導(dǎo) 照明、照相等 日光燈、殺菌、防偽、治療皮膚病等 檢查、探測、透視、治療 探測、治療 例4 下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運用的物理現(xiàn)象，請將相應(yīng)的字母填寫在運用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上． (1)X光機，________. (2)紫外線燈，________. (3)理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好．這里的“神燈”是利用______． A．光的全反射 B．紫外線具有很強的熒光作用 C．紫外線具有殺菌消毒作用 D．X射線的很強的穿透力 E．紅外線具有顯著的熱效應(yīng) F．紅外線波長較長，易發(fā)生衍射 答案 (1)D (2)C (3)E 解析 (1)X光機是用來透視人體內(nèi)部器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，因此采用了X射線，故選擇D. (2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，故選擇C. (3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快，故選擇E. 1．世界各地有許多無線電臺同時廣播，用收音機一次只能收聽到某一電臺的播音，而不是同時收聽到許多電臺的播音，其原因是( ) A．因為收聽到的電臺離收音機最近 B．因為收聽到的電臺頻率最高 C．因為接收到的電臺電磁波能量最強 D．因為接收到的電臺電磁波與收音機調(diào)諧電路的頻率相同，產(chǎn)生了電諧振 答案 D 解析 選臺就是調(diào)諧過程，使f固＝f電磁波，在接收電路中產(chǎn)生電諧振激起的感應(yīng)電流最強． 2．紅外線、紫外線、無線電波、可見光、γ射線、倫琴射線按波長由大到小的排列順序是( ) A．無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線 B．紅外線、可見光、紫外線、無線電波、γ射線、倫琴射線 C．γ射線、倫琴射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波 D．紫外線、紅外線，γ射線、倫琴射線、無線電波、可見光 答案 A 3．(多選)下列關(guān)于電磁波譜中各電磁波的應(yīng)用情況，說法正確的是( ) A．紅外線的波長比可見光長，可以用來殺菌消毒 B．紫外線的波長比可見光短，可以用來殺菌消毒 C．紅外線的波長比可見光長，可以用來測溫攝影 D．紫外線的波長比可見光短，可以用來測溫攝影 答案 BC 選擇題 1．(多選)關(guān)于無線電波的發(fā)射過程，下列說法正確的是( ) A．必須對信號進行調(diào)制 B．必須使信號產(chǎn)生電諧振 C．必須把傳輸信號加到高頻電流上 D．必須使用開放回路 答案 ACD 解析 電磁波的發(fā)射過程中，一定要對低頻輸入信號進行調(diào)制，用開放電路發(fā)射． 2．(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收，下列說法中正確的是( ) A．為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必須是閉合的 B．音頻電流的頻率比較低，不能直接用來發(fā)射電磁波 C．當(dāng)接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強 D．要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有檢波過程 答案 BCD 解析 有效發(fā)射電磁波，必須采用開放電路和高頻發(fā)射；一般的音頻電流的頻率較低，不能直接用來發(fā)射電磁波；電磁波接收原理是一種叫電諧振的現(xiàn)象，與機械振動中的共振有些相似；電視機顯示圖像時，必須通過檢波過程，把有效的信號從高頻調(diào)制信號中取出來，否則就不能顯示．故A錯誤，B、C、D正確． 3．(多選)關(guān)于電磁波的傳播，下列敘述正確的是( ) A．電磁波頻率越高，越易沿地面?zhèn)鞑? B．電磁波頻率越高，越易沿直線傳播 C．電磁波在各種介質(zhì)中傳播波長恒定 D．只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，就可把信號傳遍全世界 答案 BD 解析 該題考查無線電波的用途和特點． 由c＝λf可判定：電磁波頻率越高，波長越短，衍射性越差，不宜沿地面?zhèn)鞑?，而跟光的傳播相似，沿直線傳播，故B對，A錯；電磁波在介質(zhì)中傳播時，頻率不變，而傳播速度改變，由v＝λf，可判斷波長改變，C錯；由于同步衛(wèi)星相對地面靜止在赤道上空3600km高的地方，用它作微波中繼站，只要有三顆，就能覆蓋全球，D正確． 4．電視機的室外天線能把電信號接收下來，是因為( ) A．天線處于變化的電磁場中，天線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過饋線輸送給LC回路 B．天線處于變化的電場中，天線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過饋線輸送給LC回路 C．天線只是有選擇地接收某電視臺的信號，而其他電視臺信號則不接收 D．天線將電磁波傳輸?shù)诫娨暀C內(nèi) 答案 A 解析 根據(jù)無線電波的接收原理，可知A正確． 5．為了使需要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載到電磁波上發(fā)射到遠(yuǎn)方，必須對振蕩電流進行( ) A．調(diào)諧 B．放大 C．調(diào)制 D．檢波 答案 C 解析 聲音、圖像信號的頻率很低，不能直接發(fā)射出去，只有高頻電磁波才能向外發(fā)射，所以要用高頻電磁波攜帶著低頻信號才能向外發(fā)射出去，而把低頻信號加到高頻電磁波上的過程叫調(diào)制． 6．(多選)在電磁波譜中，下列說法正確的是( ) A．各種電磁波有明顯的頻率和波長區(qū)域界限 B．γ射線的頻率一定大于X射線的頻率 C．X射線的波長有可能等于紫外線波長 D．可見光波長一定比無線電波的短 答案 CD 解析 X射線和γ射線、X射線和紫外線有一部分頻率重疊，界限不明顯，故C、D選項正確． 7．關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說法正確的是( ) A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體 B．過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康 C．電磁波頻率最大的是γ射線，最容易用它來觀察衍射現(xiàn)象 D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光 答案 D 解析 X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線沒有，A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的是γ射線，其波長最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，C錯誤． 8．在LC振蕩電路的電容器兩極板距離減小后與某一外來電磁波發(fā)生電諧振，那么LC振蕩電路原來的周期T1與外來的電磁波的周期T2的關(guān)系是( ) A．T1>T2 B．T1下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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