無線電通信+3.4電磁波家族

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1、 3.3 無線電通信 3.4 電磁波家族 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收的基本原理 .知道調(diào) 制、調(diào)諧、電諧振、解調(diào) (檢波 )等概念的意義及區(qū)別 .(難 點(diǎn) ) 2.了解無線電波的三種主要傳播途徑及其特點(diǎn) .(重點(diǎn) ) 3.知道電磁波譜及其組成部分的特點(diǎn)和作用，知道光是 一種電磁波 .(重點(diǎn) ) 4.了解電磁波的利用及其危害的防護(hù)措施 . 無 線 電 波 的 發(fā) 射 與 傳 播 [ 先填空 ] 1.無線電廣播 無線電廣播傳遞的是聲音信號(hào)，無線

2、電廣播是先將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)， 再將此電信號(hào)加載到等幅的高頻信號(hào)上，并進(jìn)行放大，再通過發(fā)射塔發(fā)射出去 . 圖 3-3-1 2.振蕩器的作用 振蕩器的作用是產(chǎn)生等幅高頻信號(hào) . 低頻音頻信號(hào)只有加載到高頻信號(hào)上 去，形成隨音頻信號(hào)而改變的高頻信號(hào)才能通過發(fā)射天線發(fā)射出去 . 3.調(diào)制器的作用 (1)調(diào)制器的作用就是把低頻信號(hào)加載到高頻信號(hào)上去 . (2)調(diào)制方式有調(diào)幅和調(diào)頻 . 調(diào)幅是使高頻振蕩信號(hào)的振幅隨低頻信號(hào)變化 . 調(diào)頻是使高頻振蕩信號(hào)的頻率隨低頻信號(hào)變化 . 4.電磁波的傳播 (1)無線電波通常有三種傳

3、播途徑： 地波、天波和空間波 . ①地波：沿地球表面空間傳播的無線電波 .在無線電技術(shù)中，通常采用地波 第 1 頁 的形式傳播長(zhǎng)波、中波和中短波 . ②天波：靠大氣層中電離層的反射傳播的無線電波 .短波最適合采用天波的 形式傳播 . ③空間波：像光束那樣沿直線傳播的無線電波 .這種傳播方式適用于超短波 和微波通信，此外衛(wèi)星中繼通信， 衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播等也主要是利用空間波作為傳輸 途徑 . [ 再判斷 ] 1.攝像管輸出的電信號(hào)可以直接通過天線向外發(fā)射 .( ) 2.攝像管輸出的電信號(hào)必須“加”在高頻振蕩電流上

4、，才能向外發(fā)射 .(√) 3.同步衛(wèi)星進(jìn)行無線電通信只能利用微波 .(√) [ 后思考 ] 1.通常情況下如何對(duì)電磁波進(jìn)行調(diào)制？ 【提示】 有調(diào)幅和調(diào)頻兩種： (1)調(diào)幅是使高頻振蕩信號(hào)的振幅隨低頻信號(hào)變化 . (2)調(diào)頻是使高頻振蕩信號(hào)的頻率隨低頻信號(hào)變化 . 2.電磁波的發(fā)射過程為什么要采用調(diào)制技術(shù)？ 【提示】 像聲音這樣的信號(hào)， 一般頻率相對(duì)較低， 而電臺(tái)要向外發(fā)射電磁 波，要有足夠高的頻率 .實(shí)驗(yàn)證明，發(fā)射能量與發(fā)射頻率的 4 次方成正比，可見 只有提高發(fā)射頻率才能提高發(fā)射能量，為此要把這些信號(hào)加

5、載到高頻信號(hào)上去 . 就好像人的遠(yuǎn)行能力不足，要乘汽車、飛機(jī)一樣 .這個(gè)加載的過程就是調(diào)制 . [ 核心點(diǎn)擊 ] 1.無線電波的發(fā)射： 由振蕩器 (常用 LC 振蕩電路 )產(chǎn)生高頻振蕩電流，用調(diào)制器將需傳送的電信號(hào)調(diào)制到振蕩電流上， 再耦合到一個(gè)開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射出去 . 2.電磁波的發(fā)射示意圖 (如圖 3-3-2 所示 ) 圖 3-3-2 3.“調(diào)幅 ”和“ 調(diào)頻 ” 都是調(diào)制過程 第 2 頁 (1)高頻振蕩信號(hào)的振幅隨低頻信號(hào)變化的調(diào)制方式叫調(diào)幅，一般電臺(tái)的中 波、中短波、短波

6、廣播以及電視中的圖像信號(hào)采用調(diào)幅波 . (2)高頻振蕩信號(hào)的頻率隨低頻信號(hào)變化的調(diào)制方式叫調(diào)頻，電臺(tái)的立體聲 廣播和電視中的伴音信號(hào)，采用調(diào)頻波 . 1.要提高 LC 振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應(yīng)該采取的措施是 ( ) A.增加輻射波的波長(zhǎng) B.增加輻射波的頻率 C.使振蕩電容的正對(duì)面積足夠小 D.盡可能使電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散開 E.減小回路中的電容和電感 【解析】 提高電磁波發(fā)射本領(lǐng) (功率 )應(yīng)增大 f ，電磁場(chǎng)應(yīng)盡可能擴(kuò)散到周 圍空間，形成開放電路 .f＝ 1 ，C＝ ε ，要使 f 增大，應(yīng)減小 L 或 C，故正

7、 rS 2π LC 4πkd 確答案為 B、C、E. 【答案】 BCE 2.為了把需要傳遞的信號(hào) (圖像、聲音等 )加載到電磁波上發(fā)射出去，必須對(duì)振蕩電流進(jìn)行 ________.(選填“調(diào)諧”“調(diào)制”或“解調(diào)” ) 【解析】 信息 (聲音或圖像等 )轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，往往由于信號(hào)頻率低不能 直接用來發(fā)射，需要把要傳遞的電信號(hào) “加載 ”到高頻電磁波上，這就是調(diào)制 . 【答案】 調(diào)制 無線電波的發(fā)射及相關(guān)問題 1.無線電波的發(fā)射：由振蕩器 (常用 LC 振蕩電路 )產(chǎn)生高頻振蕩電流，用調(diào) 制器將需

8、要傳送的電信號(hào)調(diào)制到振蕩電流上， 再耦合到一個(gè)開放電路中激發(fā)出無 線電波，向四周發(fā)射出去 . 2. 一般電臺(tái)的中波、 中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號(hào)， 都采用調(diào)幅波；電臺(tái)的調(diào)頻廣播和電視中的伴音信號(hào)，都采用調(diào)頻波 . 低頻信號(hào)類比成貨物， 高頻波類比成運(yùn)載工具， 調(diào)制的過程類比成將貨物裝 第 3 頁 載到運(yùn)載工具上 . 無 線 電 波 的 接 收 [ 先填空 ] 1.電磁波的接收原理 電磁波在傳播過程中如果遇到接收天線 —— 導(dǎo)體，會(huì)在天線上產(chǎn)生微弱的感應(yīng)電流 .這個(gè)感應(yīng)電流

9、的頻率跟接收的電磁波的頻率相同 . 2.電諧振現(xiàn)象與調(diào)諧 (1)電諧振現(xiàn)象：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接 收電路中產(chǎn)生電流最強(qiáng)的現(xiàn)象 .與機(jī)械振動(dòng)中的共振現(xiàn)象類似 . (2)調(diào)諧：在無線電技術(shù)中，對(duì)空間存在的各種頻率電磁波，需要選擇某一 特定的頻率接收的過程 . 3.檢波 使聲音或圖像信號(hào)從調(diào)諧電路接收到的高頻振蕩電流中“檢”出來的過程， 它是調(diào)制的逆過程，也叫做解調(diào) . [ 再判斷 ] 1.無線電波的接收需要經(jīng)過調(diào)諧、高頻放大、檢波、音頻放大的過程 .(√) 2.調(diào)諧就是使某一頻率的電磁波與接收電路產(chǎn)生

10、電諧振 .(√) 3.檢波就是從眾多的電磁波中得到我們所需要的信號(hào) .() [ 后思考 ] 1.調(diào)諧電路能進(jìn)行調(diào)諧的基本原理是什么？ 【提示】 調(diào)諧電路能進(jìn)行調(diào)諧的基本原理是電諧振， 即讓接收電磁波的頻 率和被接收電磁波的頻率相同 . 2.如何才能從經(jīng)過調(diào)制的電磁波中得到聲音、 圖像信號(hào)？ 【提示】 要對(duì)接收到的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，去掉高頻成份，只保留聲音、 圖像這些低頻信號(hào)， 即從振蕩電流中 “檢” 出聲音、圖像信號(hào) . [ 核心點(diǎn)擊 ] 第 4 頁 1.解調(diào)是調(diào)制的逆過程

11、 聲音、圖像等信號(hào)頻率相對(duì)較低， 不能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)直接發(fā)射出去， 而要將 這些低頻信號(hào)加載到高頻電磁波信號(hào)上去 .將聲音、圖像信號(hào)加載到高頻電磁波 中的過程就是調(diào)制 .而將聲音、圖像信號(hào)從高頻信號(hào)中還原出來的過程就是解調(diào) . 2.正確理解調(diào)諧的作用 世界上有許許多多的無線電臺(tái)、 電視臺(tái)及各種無線電信號(hào)， 如果不加選擇全 部接收下來，那必然是一片混亂，分辨不清 .因此接收信號(hào)時(shí)，首先要從各種電 磁波中把我們需要的選出來，通常叫選臺(tái) .在無線電技術(shù)中利用電諧振達(dá)到目的 . 3.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

12、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(shí)， 接收電路產(chǎn)生的振 蕩電流最強(qiáng) D.要使電視機(jī)的屏幕上有圖像，必須要有檢波過程 E.振蕩電路的頻率越高，產(chǎn)生的電磁波在空間傳播越快 【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(jī)械振動(dòng)中的共振有些相似；電視機(jī)顯示圖像時(shí)，必須通過檢波過程，把 有效的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)

13、中取出來， 否則就不能顯示， B、C、D 正確 . 【答案】 BCD 4.有一個(gè) LC 接收電路，原來接收較低頻率的電磁波，現(xiàn)在要想接收較高頻 率的電磁波，其調(diào)節(jié)方式應(yīng)把可動(dòng)電容器的動(dòng)片適當(dāng) ________一些 . 1 【解析】 增大 LC 接收電路的頻率，由公式 f＝2π LC可知應(yīng)減小電容或 電感；把可動(dòng)電容器的動(dòng)片適當(dāng)旋出一些即可 . 【答案】 旋出 5.世界各地有許多無線電臺(tái)同時(shí)廣播， 用收音機(jī)一次只能收聽到某一電臺(tái)的 播音，而不是同時(shí)收聽到許多電臺(tái)的播音， 其原因是因?yàn)榻邮盏降碾娕_(tái)電磁波與 第 5 頁

14、 收音機(jī)調(diào)諧電路的固有頻率 ________，產(chǎn)生了 ________. 【解析】 選臺(tái)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(qiáng) . 【答案】 相同 電諧振 相近概念的辨析技巧 1.調(diào)頻和調(diào)幅：這是調(diào)制的兩種方式，使電磁波的頻率隨信號(hào)改變的調(diào)制方 式叫調(diào)頻；使電磁波的振幅隨信號(hào)改變的調(diào)制方式叫調(diào)幅 . 2. 調(diào)制和解調(diào)：把低頻電信號(hào)加載到高頻等幅振蕩電流上叫作調(diào)制； 把低頻電信號(hào)從高頻載波中檢出來叫解調(diào)，是調(diào)制的逆過程 . 電 磁 波 家 族

15、 [ 先填空 ] 1.電磁波譜 按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的順序把它們排列起來，就組成了電磁波譜 .按 波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短依次為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、 X 射線、 γ射線 . 2.電磁波家族成員的特性 (1)無線電波：波長(zhǎng)較長(zhǎng)，主要應(yīng)用于廣播、 電視、雷達(dá)、微波爐等 . (2)紅外線：不能引起人的視覺，熱效應(yīng)作用較強(qiáng) .波長(zhǎng)比可見光長(zhǎng)，衍射現(xiàn) 象明顯 .所有物體都能輻射紅外線，能在云霧、煙塵中傳播得較遠(yuǎn) .主要應(yīng)用于紅 外線搖感或紅外高空攝影 . (3)可見光：引起人類視覺的部分，萬物生長(zhǎng)靠太陽 . (4)紫外線：頻

16、率比可見光要高，不能引起人的視覺 .化學(xué)作用較強(qiáng)，應(yīng)用于 殺菌消毒；還有較強(qiáng)的熒光效應(yīng)，用來激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光 . (5)X 射線：頻率比紫外線還高，當(dāng)高速電子流轟擊固體時(shí)能發(fā)出 X 射線， 又叫倫琴射線 .穿透力較強(qiáng) .用來檢查工業(yè)部件的內(nèi)部有無裂紋或氣孔，醫(yī)學(xué)上用 于人體透視 . (6) γ射線：頻率比 X 射線還要高，穿透能力更強(qiáng)，主要應(yīng)用它的穿透能力 . 第 6 頁 [ 再判斷 ] 1.X 射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的 X 射線輻射會(huì)引起生物體的病 變 .(√ ) 2. γ射線是波長(zhǎng)最短的電

17、磁波， 它比 X 射線的頻率還要高 .(√ ) 3.紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射 .() [ 后思考 ] 1.為什么超遠(yuǎn)程無線電利用無線電波中的長(zhǎng)波波段， 而雷達(dá)利用微波波段？ 【提示】 根據(jù)波的衍射特性，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易繞過障礙物，所以超遠(yuǎn)程 無線電利用長(zhǎng)波波段 .微波波長(zhǎng)短，傳播時(shí)直線性好，雷達(dá)正是利用了微波直線 傳播性好的特點(diǎn) . 2.紅外體溫計(jì)不用與人體接觸便可以迅速測(cè)量體溫，如圖 3-3-3 所示，你知 道它的工作原理嗎？ 圖 3-3-3 【提示】 根據(jù)體溫越高，輻射紅外線越強(qiáng)的原理 . [ 核心

18、點(diǎn)擊 ] 1.電磁波的共性 (1)它們?cè)诒举|(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的 區(qū)別并沒有絕對(duì)的意義 . (2)都遵守公式 v＝λf，它們?cè)谡婵罩械膫鞑ニ俣榷际?c＝3.0108 m/s. (3)它們的傳播都不需要介質(zhì) . (4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性 . 2.電磁波的個(gè)性 (1)不同電磁波的頻率或波長(zhǎng)不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長(zhǎng)越長(zhǎng)越容易產(chǎn) 生干涉、衍射現(xiàn)象，波長(zhǎng)越短穿透能力越強(qiáng) . (2)同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中速度不同 .不同頻率的電磁波，在同一種 介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率越大折射率越大

19、，速度越小 . (3)產(chǎn)生機(jī)理不同 無線電波 振蕩電路中電子周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 第 7 頁 紅外線、可見光和紫外線 原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生 X 射線 原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生 γ射線 原子核受激發(fā)后產(chǎn)生 (4)用途不同：無線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術(shù)，紫 外線用于殺菌消毒， X 射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的 X 光照片， γ射線檢查金屬部件的缺 陷等 . 6.無線電波的中波波長(zhǎng)范圍為 200～3 000 m.求該波段的頻率范圍 . 【解析】 根據(jù)頻率公式 f＝c得 1 c

20、 3108 6 Hz，f 2 c λ f ＝λ＝ 200 Hz＝1.510 ＝λ＝ 1 2 3108 3 000 Hz＝ 1.0105 Hz，即該波段的頻率范圍為 1.0 105～1.5 106 Hz. 【答案】 1.0105～1.5106 Hz 7.下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運(yùn)用的物理現(xiàn)象， 請(qǐng)將相應(yīng)的字 母填寫在運(yùn)用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上 . (1)X 光機(jī)， ________. (2)紫外線燈， ______

21、__. (3)用理療“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(qiáng)的熒光作用 C.紫外線具有殺菌消毒作用 D.X 射線的很強(qiáng)的貫穿力 E.紅外線具有顯著的熱效應(yīng) F.紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，易發(fā)生衍射 【解析】 (1)X 光機(jī)是用來透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強(qiáng)穿透 力的電磁波，但又不能對(duì)人體造成太大的傷害， 因此采用了穿透能力比較強(qiáng)又不 會(huì)給人體造成太大傷害的 X 射線，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

22、外線的殺菌作用而非熒光作用，因此選擇 C.(3)“神燈 ”又稱紅外 第 8 頁 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，血液循環(huán)加快，因此選擇 E. 【答案】 (1)D (2)C (3)E 巧記電磁波譜的性質(zhì) 1.電磁波譜中都是電磁波， 在真空中傳播速度相等， 都等于光速； 2. 電磁波譜中都是波，具有波的一切特性 .例如，反射、折射、干涉、衍射 等； 第 9 頁