无线电波的发射和接收（原卷版）

第四章电磁振荡和电磁波[核心素养·学习目标]核心素养学习目标物理观念理解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念，能看懂无线电波发射和接收示意图科学思维学会分析无线电波发射、接收的工作原理，领会无线单波在实际生活生产中的应用流程科学探究通过实物展示电视广播的发射接收过程，锻炼学生对实际生活问题的研讨能力科学态度与责任通过电磁波的应用，体会科技发展的过程及对社会的推动作用课前课前预习考点一无线电波的发射【知识梳理】1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：(1)要有足够高的，频率越，发射电磁波的本领越大．(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用电路．2．实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的相连．3．电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使载波随各种而改变的技术．调制分为调幅和调频．(1)调幅(AM)：使高频电磁波的随信号的强弱而变的调制方法．(2)调频(FM)：使高频电磁波的随信号的强弱而变的调制方法．【重难诠释】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，如图．2．调制(1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变.(2)调制的分类①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．考点二无线电波的接收【知识梳理】1．接收原理：电磁波在传播时如果遇到，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是．2．电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的．(1)调谐：使接收电路产生的过程．(2)解调：把声音或图像信号从中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波．【重难诠释】1．无线电波的接收原理利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流．2．方法(1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强．(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来．(3)调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程．考点三电视广播的发射和接收【知识梳理】1．电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成信号再进行传播．2．高频电视信号的三种传播方式：地面传输、有线网络传输以及传输．3．电视信号的接收：电视机接收到的高频电磁波信号经过将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号．知识讲解知识讲解【知识点总结】一、无线电波的发射1.有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的特点：（1）采用开放电路：用开放电路可以使振荡电路的电磁场尽可能地分散到大的空间。（2）要有足够高的振荡频率：频率越高，发射电磁波的本领越大。2.载波：用来“运载”信号的高频等幅波。3.调制：（1）定义：把传递的信号“加”到载波上的过程。（2）分类：调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的技术。调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术。二、无线电波的接收1.接收原理：电磁波在传播过程中如果遇到导体，会在导体中感应出振荡电流。2.电谐振：当接收电路的固有频率跟传播来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电磁谐振，也叫电谐振。3.调谐：（1）定义：使接收电路产生电谐振的过程。（2）调谐电路：能够调谐的接收电路。三、电视广播的发射和接收过程1.电视广播信号也是一种无线电信号。在现代电视发射系统中，首先通过摄像机的感光器件将景物的光信号转变为电信号。2.这种电信号通过线路直接传输时失真、损耗严重，需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。3.高频电视信号的传播方式主要有三种，即地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。4.在电视接收端，接收到高频电磁波信号以后，经过解调处理，就可以将得到的电信号通过显示设备转变为图像信息。【大招总结】一、电磁波的发射（方法归纳）1.发射电磁波的条件：（1）要有足够高的振荡频率。理论研究表明，振荡电路向外界辐射能量的本领，即单位时间内辐射出去的能量，与振荡频率密切相关，频率越高，发射电磁波的本领越大。（2）开放电路，要使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。2.电磁波的发射示意图（如图所示）：二、电磁波的接收（方法归纳）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.无线电波的接收：（1）无线电波的接收电路。（2）通过电谐振来选台。①电谐振：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，类似于机械振动中的共振。②调谐：使接收电路发生电谐振的过程。（3）通过解调获取信号。解调：把声音或图像等信号从高频振荡电流中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。（4）放大电路：经解调取出携带的信号，放大后再通过扬声器和显示设备还原成声音或图像的过程。3.高频电视信号的传播方式：高频电视信号的传播方式主要有三种，即地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。二级结论总结二级结论总结一、有效发射电磁波的条件1.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，如图2．调制(1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变.(2)调制的分类①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．二、无线电波的接收1．无线电波的接收原理：利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流．2．方法(1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强．(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来．(3)调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程．3.调谐电路的调节，要特别注意三个方面的问题(1)调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小．(2)频率公式f＝eq\f(1,2π\r(LC))，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小．(3)决定电容和电感大小的因素：决定电容大小的因素是极板正对面积S、极板间距d、介电常数εr；决定电感大小的因素是线圈匝数、线圈粗细、长短、有无铁芯．这样就可以在(2)的基础上做出最准确的细微调节．典型例题典型例题【例1】关于调制的作用，下列说法正确的是（）A．调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波上去B．调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波的振幅上去C．调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波的频率上去D．调制的作用是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去【答案】ABC【详解】调制器的作用是把低频声音信号加载到高频振荡信号上去，如果高频信号的振幅随低频信号的变化而变化，则是调幅；如果高频信号的频率随低频信号的变化而变化，则是调频．由于低频信号不利于直接从天线发射，所以需要将低频信号加载到高频信号上去。故选ABC。【例2】“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备，随着无线电技术的应用，很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”（蓝牙属于电磁波），麦克风与扩音器不用导线连接，老师拿着麦克风在教室中间说话，放在讲台上的扩音器也能工作。下列说法正确的是（）A．“小蜜蜂”直接接收到了来自麦克风的声波信号B．为了将信号发射出去，先要进行解调C．“小蜜蜂”接收电磁波时，要使接收电路中出现电谐振现象，称为调谐D．载波频率越高，经调制后发射出来的电磁波传播的越快【答案】C【详解】A．无线麦克风含有一个无线电发射装置，可以把声音信号转化成电磁波信号，再发射出去，故A错误；B．为了将信号发射出去，需要把声音信号加到高频电磁波中，这个过程叫调制，故B错误；C．“小蜜蜂”接收电磁波时，需要使接收电磁波的LC振荡电路的固有频率与电磁波的频率相同，从而发生电谐振，这个过程叫调谐，故C正确；D．真空中任何频率电磁波的速度都等于光速，故D错误；故选C。【例3】某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是（）A．为了能收到频率最高的中波电台。应增加线圈的匝数B．为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756kHzC．使接收电路产生电谐振的过程叫做解调D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点【答案】D【详解】A．为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据可知应减少线圈的匝数，故A错误；B．为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到故B错误；C．使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，故C错误；D．为了能接收到长波，即接收到频率更低的电磁波，根据可知，应把电路中电容器的电容调大一点，故D正确。故选D。【例4】如图所示为调幅振荡电流图像，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 B．经调谐后C．经解调后 D．耳机中【答案】AB【详解】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。调制的方法之一是使高频振荡电流的振幅随信号而变化，成为调幅振荡电流，这就是调幅。在接收电路中，经过调谐，使电路与所需接收的电磁波产生电谐振，电路中将会出现调幅振荡电流。经解调后，调幅振荡电流将被“切”去一半，得到单向脉动电流，再经过滤波电路，把高频交流成分滤除掉，在耳机中就只有随信号而变化的音频（属于低频）电流。故选AB。【例5】如图所示为收音机接收电磁波的电路，由线圈与可变电容器组成，它相当于一个振荡电路。各个无线电台发射的电磁波都通过磁棒后，会在中不同程度地产生感应电流（振荡电流）。当可变电容器的电容调至某一值（选台）时，振荡频率恰好与某一电台发射频率相同，仅可接收该台广播节目。若要改为接收高于该电台频率的节目，可采取的措施是（）A．增加电容器电容CB．减小电容器电容CC．减少磁棒上线圈匝数D．将磁棒从线圈中抽出部分E．增加磁棒上线圈匝数【答案】BCD【详解】当收音机调谐电路的频率等于要接收的电磁波的频率时才发生电谐振，即接收到该台.要使接收的电台电磁波频率升高，由知，当L和C减小时，频率f增大，所以BCD正确；AE错误；故选BCD。强化训练强化训练一、单选题1．隐形飞机的原理是在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。根据你所学的物理知识，判断下列说法正确的是（）A．运用隐蔽色涂层，无论距你多近的距离，你也不能看到它B．使用吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现C．使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流D．主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现和攻击2．如图为公交车上车时刷卡的情景，当听到“嘀”的声音，表示刷卡成功。刷卡所用的IC卡内部有电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。刷卡时，读卡机向外发射某一特定频率的电磁波，IC卡内的LC振荡电路产生电谐振，线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是（）A．读卡机发射的电磁波不能在真空中传播B．IC卡是通过X射线工作的C．读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则IC卡内不会产生感应电流D．IC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有向读卡机传输数据的功能3．太赫兹波是一种电磁波，波长在3mm0.03mm之间，不少专家确信太赫兹波将颠覆未来绝大多数行业，甚至还有人认为太赫兹波将是6G或者7G通信的基础，因为太赫兹波波长短，穿透力强于雷达波。下列说法正确的是（）A．当观察者不动，波源朝着观察者运动时，波源的频率增大B．雷达是利用微波来测定物体位置的无线电设备，是利用微波波长短，衍射不明显的特点，太赫兹波有望用于测定物体的位置C．变化的电场必能产生变化的磁场，变化的磁场必能产生变化的电场，这样交替产生电磁波D．使接收电磁波的电路产生电谐振的过程叫解调，是调制的逆过程4．最新车载GPS导航仪通过与导航卫星互相传递信息，确定汽车所处的准确位置，并在电子地图上显示出来（如图所示），为汽车驾驶员导航，下列有关说法正确的是（）A．导航卫星发射的电磁波比光的传播速度慢B．导航仪上的移动通过电流传递信息C．导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播D．导航仪与导航卫星通过电磁波传递信息5．5G技术是“第五代移动通信技术”的简称，采用了3300~5000MHz（1M=106）频段的无线电波，某发射5G无线电波的LC电磁振荡电路如图所示。下列说法正确的是（）A．无线电波的频率越大，在真空中传播的速度越大B．5G通信技术采用的无线电波属于毫米波C．图示时刻，电感线圈储存的磁场能正在增加D．图示时刻，电容器两极板带的电荷量正在增加6．无线电波的发射和接收离不开天线。如图甲、乙、丙所示，LC振荡电路逐步成为开放电路，电场和磁场就可以分散到更大的空间，这样就形成了天线。作为常用的通讯工具同样也需要天线来接收和发射信号。早期的有长长的天线，现在逐渐内置到内部。实践中发现当天线的长度大约等于无线电波波长的时，收发电磁波的能力最好。曾经有将外壳的金属边框设计成天线，既提升收发信号效果，又节省了的内部空间。随着5G时代的来临，信号频率进一步提升，对天线设计的要求更加复杂。下列关于发射与接收无线电波的说法正确的是（）A．只有特定频率的无线电波才能在天线上产生振荡电流B．与4G相比，5G使用的电磁波传播速度更大C．信号的频率估计在10MHz左右D．天线在发射信号时，天线上会有电荷出现，且周期性变化7．某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是（）A．为了能收到频率最高的中波电台。应增加线圈的匝数B．为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756kHzC．使接收电路产生电谐振的过程叫做解调D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点8．雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度，如图所示。下列说法正确的是（）A．雷达利用电磁波的干涉特性工作B．电磁波发射时需要进行调谐和解调C．电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大D．在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化9．下列情景中关于电磁波特性和应用的描述，正确的是（）A．通话时涉及的波既有电磁波又有声波B．“CT”利用紫外线检查多种疾病C．“B超”中的超声波属于电磁波D．遥控器发出的红外线有很高的穿透本领10．是“第五代移动通讯技术”的简称。目前通州区是北京市覆盖率最高的区县，相信很多人都经历过信号不好或不稳定的情况，能有效解决信号问题。由于先前的等已经将大部分通讯频段占用，留给的频段已经很小了。采用了比更高的频段，网络运用的是毫米波，将网络通讯速度提高百倍以上，但毫米波也有明显缺陷，穿透能力弱，目前解决的办法是缩减基站体积，在城市各个角落建立类似于路灯的微型基站。综合上述材料，下列说法中不正确的是A．信号不适合长距离传输B．信号不好或不稳定的情况有可能因为多普勒效应或地面楼房钢筋结构对信号一定量的屏蔽C．信号比信号更容易发生衍射现象D．随着基站数量增多并且越来越密集，可以把基站的功率设计小一些11．预碰撞安全系统是智能技术在汽车安全性上的重要应用。如图所示，后车系统配备的微波雷达发射毫米级电磁波（毫米波），并利用传感器和电子控制单元对前车反射的毫米波进行收集与运算，当系统判断有可能发生碰撞时会发出蜂鸣并显示警示信号，则（）A．毫米波的频率比可见光高B．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象C．后车发射的毫米波频率高于被前车反射后接收到的频率D．前车的金属尾板遇到毫米波时一定会产生极其微弱的感应电流12．网络使用的无线电波通信频率是以上的超高频段和极高频段，比目前通信频率在间的特高频段的网络拥有更大的带宽和更快的传输速率，如图所示网络的传输速率是网络的50~100倍。与网络相比（）A．信号的波长更长B．信号的传播速度更大C．信号相同时间内能传递更大的信息量D．信号的衍射更明显，因此基站搭建更稀疏13．如图为磁共振无线充电的示意图，当接收电路的固有频率与发射电路线圈产生的磁场振动频率一致的时候，产生磁共振，从而进行能量的传递。该过程类似于无线电发射与接收环节中的（）A．调幅 B．调频 C．调谐 D．解调14．使用蓝牙耳机接听来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光B．波长比通信的电磁波短C．在真空中的传播速度大小为D．在真空中的传播速度比通信的电磁波速度小15．网络信号的稳定传输通常需要用到光纤和WiFi无线路由器，下列表述正确的是（）A．光纤通讯利用光纤来传输包含信息的电流信号B．光纤通讯利用光的全反射原理传输包含信息的光信号C．WiFi无线路由器发射包含信息的超声波信号D．WiFi无线信号可以绕过障碍物传播是利用了波的干涉原理二、解答题16．雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。试回答下列问题∶（1）雷达是如何接收电磁波的？（2）利用雷达可以测出飞机的运动方向和速度。某固定雷达正在跟踪一架匀速飞行的飞机，其每隔固定时间T0发射一短脉冲的电磁波（如图中幅度大的波形），收到的由