2020金版教程高中物理选修3-4第十四章第3节、第4节

1、第3节电磁波的发射和接收第4节电磁波与信息化社会核心素养定位>>>1. 知道有效地发射电磁波的两个条件。2. 了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程中 的作用。3. 了解电磁波在信息传递中的应用， 初步了解电视、雷达、移动电话的应用 和原理，初步了解因特网的应用和作用。01课萌自主学习KEQIANZIZHUXUEXI =一、电磁波的发射1 .要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点： 第一,要有 回足够 近的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大。第二，应采用 里开放电路, 振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间。2 .开放电路：实际的开放电

2、路，线圈的一端用导线与大地相连， 这条导线叫 做望地线,线圈的另一端高高地架在空中，叫做 明天线。3 .无线电技术：使电磁波随各种信号而改变的技术叫做 P5调制。调制的方 法有两种，一是调幅，使高频电磁波的06振幅随信号的强弱而改变;另一种叫调 频，使高频电磁波的鼠频生随信号的强弱而改变。二、电磁波的接收1 .接收原理：电磁波能使 回耳呸中产生感应电流，所以导体可用来接收电 磁波,这个导体就是接收丝天线。2 .电谐振：当接收电路的03周有频率跟接收到的电磁波的04频率相等时、 接收电路里产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振。3 ,调谐：使电路中产牛阻电谐振的过程叫做调谐。4 .解调：使声音或

3、图像信号从接收到的 卫6高频电流中还原出来.这个过程 是调制的逆过程，叫做解调5 .无线电波：波长大于071 mm（频率低于300 GHz）的电磁波称做无线电波。 并按波长分成若干个波段，像长波、中波、短波、微波等。每个段所用的设备和 技术不同，因此有不同的用途。三、电磁波与信息化社会1 .电视：能传递活动的图像。在电视的发射端，把景物的光信号转换成J01电 信号的过程叫摄像。在电视接收端，将电信号还原成图像的过程由电视机的 E2显 像管完成,电视的应用很广泛，发展也很快。2 .雷达：雷达是用无线电波来测定物体位置的设备，利用的是电磁波遇到障碍物发生03反城的性质，波长越短，传播的直线性越好。

4、3 .移动电话功能每一部移动电话都是一个04无线电台,它将用户的声音转变为高频电信号发 射到空中；同时它又相当于一台05收音机,捕捉空中的 酶电磁波使用户接收到 通话对方送来的信息。特点体积07 很小,发射功率08不大;它的天线很09简单,灵敏度B0不高。因此，它与其他用户的通话要靠较 大的无线电台的转接。4 .因特网因特网是世界上最大的计算机互联网。人们可以通过互联网 图皿足 图看电影、国如云、圜购物、从事金融 活动，也可以通过互联网查阅各种资料，进行远程教学、远程医疗，甚至可以为 身处世界各地的人召开电视会议等。判一判（1）制作天线必须用导体。（）（2）只有接收电路发生电谐振时，接收电路中

5、才有振荡电流。（）（3）解调是调制白逆过程。（）（4）不同波段无线电波的传播特点不同，但用途是相同的。（）提示：（1），（2）X （3），（4）X想一想(1)开放电路是如何形成的？提示：在LC振荡电路中减小电容器的极板面积，增大极板间距，使电容器 变成两条长的直线，一条竖立在高空成为天线，另一条接入地下成为地线，使电 场完全暴露在空中，形成开放电路。(2)电磁波可以通过什么方式进行传播？用光缆通信有何特点？提示：可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以进行无线传输。光缆通信，因为光的频率高，所以承载的信息量大，同时光缆传输还有抗干 扰能力强、损耗小、通讯质量高的特点。课堂任务,电磁波的发射和接收

6、一、电磁波的发射1 .有效发射电磁波的条件要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：(1)要有足够高的振荡频率。频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大，如 果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。(2)采用开放电路。采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的 空间，如下图。由闭台电路变成开放电路实际的开放电路：线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线；线圈 的另一端与高高地架在空中的天线相连。无线电波就是由这样巨大的开放电路发 射出去。2 .调制调制：在电磁波的发射过程中，使电磁波随各种信号而改变的技术。(2)调制的分类调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱

7、而改变的调制技术，如图所示甲：声音信号的波形乙，高频等幅振藩电流的波形1内：经过调幅的高频振荡电流的波形巴甲：声音信号的波形()乙：高频等幅振荡电流的波形.乙。/WVWWVWVWt内：经过调频的高频振荡电流的波形c内调频：使高频电磁波的频率随信号而改变的调制技术，如图所示。3 .无线电波的发射由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号 调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去。二、电磁波的接收1 .电磁波的接收原理(1)电磁波在空间传播时，如果遇到导体，就会使导体产生感应电流，感应电 流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁

8、波传播空间中的导体， 就可以接收到电磁波。(2)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强。2 .接收电路声音)(1)调谐：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路 中产生的振荡电流最强的现象叫做电谐振。使接收电路产生电谐振的过程叫做调 谐。(2)解调：又称“反调制”，是从已调波中重现调制信号的过程。3.无线电波波段的划分通常使用的无线电波的波长范围从几毫米到几千米，根据波长或频率把无线 电波分成几个波段，如下表所示：波段波长频率传播 方式主要用途长彼30000-3000 m10100 kHz地波调幅(AM)中波3000200 m10015

9、00 kHz地波和天波广播 导航中短波20050 tn1500-6000 kHi:天波调幅(AM)广播短波5010 in6 30 MHz电报 通信米波(VHF)微|10 1 m30300 MHz近似直线传播调频(FM)广播 电视 导航波分米波(UHF)1 0. 1 in3007000 MHz宜线电视厘米波101 cm300030000 MHz传播雷达 导航毫米波1。1 mm30000-300000 MHz例1 （多选）关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是 （）A.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的B.音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波C.当接收电路的固有频率与

10、收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的 振荡电流最强D.要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程实践探究（I） '应1仪目）人刀口 2 以/、川,心,|十目J U 叩 I提示：应该用开放电路。（2）电视机是怎样接收电视信号的？提示：由电视天线接收电磁波，经调谐、解调后得出所需信号。规范解答有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；一般的音频 电流的频率较低，不能直接用来发射电磁波；电磁波接收原理是一种叫电谐振的 现象，与机械振动中的共振有些相似；电视机显示图像时，必须通过解调过程， 把有效的信号从高频调制信号中取出来，否则就不能显示。故 A错误，B、C、D 正确。完美答案BCD|

11、一规律点拨无线电波的发射和接收过程调幅 时叫逞向熊调谐f调"变式训练1（多选）为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用敞露空间的电路，还可以（）A .增大电容器极板间的距离B.减小电容器极板的面积C.减小线圈的匝数D.采用低频振荡电流答案 ABC解析 实行开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法;由 f=、2 a/LCC =可知，选项A、B、C正确4水d课堂任务h电磁波与信息化社会g 0圈画1 .电磁波的传输：可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大。2 .电磁波的应用实例(1)电视广播的发射和接收

12、过程摄像管：摄取景物的图像并将其转换为电信号天线接收高频信号，调谐,解调U显一像管用前中与摄像和屏上相同n勺图像(2)雷达的工作原理雷达利用微波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置。根据发射无线电波到 接收反射波的时间t,确定障碍物的距离x=Cf,再根据发射无线电波的方向和仰 角，可以确定障碍物的位置。(3)移动电话、因特网也是利用电磁波来传输信息的。例2雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间是 1 ns两次发射的时间 间隔为100人在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示， 已知图中ab=bc, 障碍物与雷达之间的距离是多大？3 1 (1)b处的尖形波较a、c处的小，说明了什么？提示：b处的尖

13、形波是障碍物反射回来的无线电波被雷达接收时出现的，a、c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的。(2)障碍物与雷达间距该如何确定？ct提示：障碍物与雷达间距为x= Ct,其中t为发射无线电波到接收反射波的时 问t, C为光速。规范解答图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的， b 处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的， 由ab=bc可知，无 线电波由发射到返回所用时间为 50 m设障碍物与雷达之间的距离为x,由题意6可知无线电波来回时间为t=50八 由2x=ct,得x= 1=3.0X 108X50X2- m = 7.5X 103 m。完美答案7.5X103 m一

14、规律点极雷达侦察问题的解决方法(1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c,由波速、波长和频率三者间的关系可求得频率。(2)根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间问隔，即可求得侦察距 离，为此反射波必须在下一个发射波发出前到达雷达接收器。(3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的间隔时间 内传播距离的一半。变式训练2某雷达工作时，发射电磁波的波长 k20 cm,每秒月冲数n = 5000,每个脉冲持续时间t = 0.02怏s求：该电磁波的频率；(2)此雷达的最大侦察距离。答案（1）1.5X 109 Hz （2）3X104 m解析（1）电磁波在空气中传播的速度一般认

15、为等于真空中光速c=3x 108m/s,因止匕 f=F= 0： j 10 2 Hz = 1.5x 109 Hz。人 20X 10（2）雷达工作时发射电磁脉冲，每个电磁脉冲持续时间t=0.02 在两个脉冲时间问隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲1重登而影响测重。设取大侦祭距离为x,两个脉冲时间间隔为 母=方后s= 2X10 50004 s? 0.02 gs故脉冲持续时间可以略去不计，则 2x= vAt, v=c= 3X108 m/s,所 以 x= = 3x 104 m o03 h课后课时作业 KEHOUKESHI7UQYE =|A组：合格性水平训练1 .（无线电波）（

16、多选）下列关于无线电波的叙述中，正确的是（）A.无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波B.无线电波在任何介质中传播速度均为3.00X 108 m/sC.无线电波不能产生干涉和衍射现象D.无线电波由真空进入介质传播时，波长变短答案 AD解析 无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.00X 108 m/s, B错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误；由人=f无线电波由真空进入介质传播时，由于波速减小可知波长变短， D正确。2 .（电磁波的接收）关于电视接收的原理，下列说法正确的是（）A .电视接收天线接收到的电磁波

17、中包括图像信号和伴音信号B.电视接收天线接收到电磁波，天线上并不产生感应电流C.电视机接收到电磁波，通过电子枪的扫描显示电视节目的伴音信号D.电视机接收到电磁波，直接经扬声器得到电视节目的伴音信号答案 A解析 电视信号中有图像信号和伴音信号，即电视接收天线接收到的电磁波 中包括图像信号和伴音信号，A正确；电视接收天线收到电磁波，引起电磁感应，天线上产生感应电流，B错误；电视机接收到电磁波，然后经过解调还原出图像 信号，通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信号，C错误；电视机接收到电磁波，通过电谐振得到需要的信号，然后经过解调还原出伴音信号，再经过功率放 大器，最后通过扬声器得到电视节目的伴音信号

18、，D错误。3 .（电磁波的发射）上海人民广播电台发射一种电磁波的频率为990 kHz,中央人民广播电台发射一种电磁波的频率是 15.58 MHz,两广播电台发射的电磁波 相比，以下分析正确的是（）A.两广播电台发射的电磁波，波速相同，但上海人民广播电台的波长较长B.中央人民广播电台的波速大，两者的波长相等C.中央人民广播电台的波速大，上海人民广播电台的波长较长D.两广播电台发射的电磁波，波速相同，中央人民广播电台的波长较长 答案 A解析 因为不同频率的电磁波在空气中的传播速度都相同，B、C错误；由于波速都相同，所以波长与频率是成反比的，上海人民广播电台的电磁波频率小 于中央人民广播电台电磁波的

19、频率，则上海人民广播电台的波长比中央人民广播 电台的波长长，A正确，D错误。4 .（综合）（多选）目前雷达发射的电磁波频率多在 200 MHz至1000 MHz的范 围内。下列关于雷达和电磁波的说法正确的是（）A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在 0.3 m至1.5 m之间B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C.测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D.波长越短的电磁波，直线传播性能越强答案 ACDc解析 根据 仁f,电磁波频率在200 MHz至1000 MHz的范围内，则电磁波 的波长范围在0.3 m至1.5 m之间，故A正确。电磁波的产生是依据麦克斯韦的

20、电磁场理论，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，B错误。雷达是利用1电磁波的反射原理，波长越短，直线传播性能越强，雷达和目标的距离x= 2c « 故C、D正确。5 .（电磁波的发射和接收）（多选）如图所示为调幅振荡电流图象，此电流存在 于电磁波发射和接收中的哪些阶段（）A.经调制后 C.经解调后 答案 ABB.经调谐后D.耳机中解析 为了把信号传递出去，需要将信号 “加”到高频振荡电流上，这就是 调制。而题中图象是将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化，这叫调幅。在接收电路中，经过调谐，回路中将出现调幅振荡电流，经解调后，低频信号从 高频电流中还原出来，而在耳机中只有低频信号

21、电流，A、B正确。6 .（综合）调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到较 低频率电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采用下列何种办法（）A.增加调谐电路中线圈的匝数B.加大电源电压C.更换一个电容较小的可变电容器D.减小电源电压答案 A解析 无法接收较低频率电台发出的信号是由于调谐电路频率较高，根据1=21LC，可米用的办法有增大线圈自感系数，或增大电容器的电容，选项 a正 确。7 .（综合）（多选）如图（1）为一个调谐接收电路，（a）、（b）、（c）为电路中的电流随 时间变化的图象，则（）A. ii是Li中的电流图象B. ii是L2中的电流图象C. i2是L2中的电流图象

22、D. i3是流过耳机的电流图象答案 ACD解析 Ci、Li振荡电路通过电谐振会产生调幅电流，即ii, A正确，B错误; L2中由于电磁感应，产生的感应电动势的图象是同（a）图相似的，但是由于L2和二 极管D串联，所以L2中的电流图象应是i2, C正确；通过D的电流，高频成分 由C2流过，所以i3是流过耳机的电流图象，D正确。8 .（综合）某地的雷达正在跟踪一架向雷达匀速飞来的飞机。设某一时刻从雷 达发出电磁波后到再接收到反射波历时 200经4 s后又发出一个电磁波。雷 达从发出电磁波到再接收到反射波历时 186小s则该飞机的飞行速度多大？答案 525 m/s解析由电磁波发射至接收到反射波历时

23、200以可算出此时飞机距雷达的 距离为：3.0X 108X200X 10 64L2 m = 3.0X 104 m。经4 s后，飞机距雷达的距离为：3.0X 108X 186X 10 6,L2 =2 m = 2.79X 104 m,故飞机飞行的速度为：L1-L2 0.21 X104v= -t=4 m/s = 525 m/soB组：等级性水平训练9 .（无线电波的发射和接收）关于无线电波的发送和接收，下列说法中正确的 是（）A.为了将信号发送出去，先要进行调谐B.为了从各个电台发出的电磁波中将需要的选出来，就要进行调制C.为了从高频电流中还原出声音信号，就要进行调频D.以上说法都不对答案 D解析

24、为了将信号发送出去，先要进行调制， A错误；为了从各个电台发出 的电磁波将需要的选出来，要进行调谐， B错误；为从高频电流中还原出声音信 号，要进行解调，C错误；故应选D项。10 .（综合）（多选）下列说法正确的是（）A.电磁波的发射过程中，必须对信号进行调制B.电磁波的接收过程中，必须把传输信号加到高频电流上C.雷达在能见度低的黑夜将无法使用D.雷达采用的微波的频率比长波的高E.雷达采用微波的原因是微波具有直线传播的特性答案 ADE解析 发射过程必须进行调制，接收过程必须进行解调，B错误；雷达在黑夜中依然能够使用，C错误；A、D、E正确。11 .（综合）（多选）用一平行板电容器和一个线圈组成 LC振荡电路，要减小电 磁波的发射频率，可采用的做法是（）A .增大电容器两极板间的距离B.减小电容器两极板间的距离C.减小电容器两极板的正对面积D.增大电容器两极板的正对面积E.在电容器两极板间加入电介质答案 BDE一一 1解析 由f=可知，要减小f,就必须增大平行板电容器的电容 C或线2局L