2017年高中物理 第3章 電磁場與電磁波 3.2 無線電通信 電磁波家族學(xué)案 滬科版選修3-4

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1、 2　無線電通信　電磁波家族 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　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．干涉、衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，發(fā)生明顯衍射的條件是：縫、孔或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長?。? 2．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(jìn)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(jìn)行放大，最后通過發(fā)射塔發(fā)射出去． 3．

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(jìn)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(jìn)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． 4．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 [問題設(shè)計] 1．廣播電臺的播音

3、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(jìn)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． [要點提煉] 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

4、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　下列對無線電廣播要對電磁波進(jìn)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

5、改變 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． 答案　AD 例2　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(jìn)行通信的 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

6、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． 答案　BCD 二、無線電波的接收 [問題設(shè)計] 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． [要點提煉] 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

7、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　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 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

8、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. 答案　AD 三、電磁波譜 [問題設(shè)計] 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…… [要點提煉] 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

9、 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(dá)、 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

10、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 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，因此采用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大的傷害的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(jìn)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，

11、血液循環(huán)加快，故選擇E. 答案　(1)D　(2)C　(3)E 1．一臺最簡單的收音機，除了接收天線和揚聲器外，至少還必須具備下列哪幾個單元電路(　　) A．調(diào)諧電路 B．調(diào)制電路 C．振蕩電路 D．檢波電路 答案　AD 解析　簡單的收音機是電磁波的接收裝置，因此需要有調(diào)諧電路和檢波電路． 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

12、外線、紅外線，γ射線、倫琴射線、無線電波、可見光 答案　A 3．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 [基礎(chǔ)題] 1．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(jìn)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(jìn)行調(diào)制，用開

13、放電路發(fā)射． 2．關(guān)于調(diào)制器的作用，下列說法正確的是(　　) A．調(diào)制器的作用是把低頻聲音信號加載到高頻信號上去 B．調(diào)制器的作用可以是把低頻信號的信息加載到高頻信號的振幅上去 C．調(diào)制器的作用可以是把低頻信號的信號加載到高頻信號的頻率上去 D．調(diào)制器的作用是將低頻聲音信號變成高頻信號，再放大后直接發(fā)射出去 答案　ABC 解析　調(diào)制器的作用是把低頻聲音信號加載到高頻振蕩信號上去，如果高頻信號的振幅隨低頻信號的變化而變化，則是調(diào)幅；如果高頻信號的頻率隨低頻信號的變化而變化，則是調(diào)頻． 3．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

14、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3 600 km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

15、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．轉(zhuǎn)換電視頻道，選擇電視節(jié)目，稱為(　　) A．調(diào)諧 B．調(diào)制 C．調(diào)頻 D．調(diào)幅 答案　A 解析　轉(zhuǎn)換頻道是為了使電視的接收電路的頻率與某電臺的頻率相同，產(chǎn)生電諧振，故為調(diào)諧． 6．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

16、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．下列說法中正確的是(　　) A．各種電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉和衍射現(xiàn)象的是γ射線 B．紅外線有顯著的熱效應(yīng)，紫外線有顯著的化學(xué)作用 C．X射線的穿透本領(lǐng)比γ射線更強 D．低溫物體不能輻射紅外線 答案　B 解析　干涉和衍射現(xiàn)象是光的波動性的體現(xiàn)，波長越長，越容易產(chǎn)生，而γ射線波長最短，故A選項錯誤；頻率越高，穿透本領(lǐng)越強，故C選項錯誤；一切物體都能輻射紅外線，故D選項錯誤，正確選項為B

17、. [能力題] 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

18、頻率等于電臺發(fā)出信號的頻率時發(fā)生電諧振才能收聽到電臺信號．由題意知收不到電信號的原因是調(diào)諧電路固有頻率低，由f＝可知，在C無法再調(diào)節(jié)的前提下，可減小電感L，即可通過C、D的操作升高f. 10．關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是(　　) A．波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全相同 B．電磁波的波長若差異太大則會出現(xiàn)本質(zhì)不同的現(xiàn)象 C．電磁波譜的波段很寬 D．電磁波的波長很短，所以電磁波譜的波段很窄 答案　AC 解析　電磁波譜中的電磁波在本質(zhì)上是完全相同的，只是波長或頻率不同而已．其中波長最長的波跟波長最短的波之間頻率相差近1020倍． 11．北京時間2003年10月29日14時13分，太陽

19、風(fēng)暴襲擊地球，太陽日冕拋射出的大量帶電粒子流擊中地球磁場，產(chǎn)生了強磁暴．當(dāng)時，不少地方出現(xiàn)了絢麗多彩的極光，美國北部一些電網(wǎng)出現(xiàn)了電流急沖現(xiàn)象．太陽風(fēng)暴襲擊地球時，不僅會影響通信，威脅衛(wèi)星，而且會破壞臭氧層．臭氧層作為地球的保護(hù)傘，是因為臭氧能吸收太陽輻射中(　　) A．波長較短的可見光 B．波長較長的可見光 C．波長較短的紫外線 D．波長較長的紅外線 答案　C 解析　臭氧層的主要作用就是吸收由太陽射向地球的紫外線，從而有效地對地球上的動植物起保護(hù)作用．作為人類，保護(hù)臭氧層就是保護(hù)我們自己．故正確選項是C. [探究與拓展題] 12．圖1中(a)為一個調(diào)諧接收電路，圖(b)、(c)、(d)為電路中的電流隨時間變化的圖像，則(　　) 圖1 A．i1是L1中的電流圖像 B．i1是L2中的電流圖像 C．i2是L2中的電流圖像 D．i3是流過耳機的電流圖像 答案　ACD 解析　i1是檢波前的高頻調(diào)幅電流，i2是檢波后的單向脈沖電流，i3是流過耳機的音頻電流． 9