【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修2：第4章第2节电磁波的发射传播和接收课件

第4章第2节电磁波的发射、传播和接收学习目标思维导图1.了解电磁波的发射、传播和接收的基本原理。(科学思维)2.知道调制、调谐、电谐振、解调(检波)等概念的意义及区别。(物理观念)3.了解无线电波的三种主要传播途径及其特点。(科学思维)基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、电磁波的发射1.发射条件(1)振荡频率

;

(2)电场、磁场尽可能分布到

。

2.开放电路为了满足发射条件,可以

电容器的极板面积,

极板间距,使电容器变成两条长的直导线,一条深入高空成为

,另一条接入地下成为

,形成开放电路。

3.电磁波的调制把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上称为调制,常用的调制方式有

和

两种。

足够高

较大的空间减小增大天线地线调频调幅想一想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。二、电磁波的传播1.无线电波通常有三种传播途径:

、

和

。

2.地波是沿地球表面空间传播的无线电波。在无线电技术中,通常采用地波的形式传播长波、中波和

波。

3.天波是靠大气中

的反射传播的无线电波。

最适合采用天波的形式传播。

4.空间波是像光束那样沿

传播的无线电波。这种传播方式适用于

和

,此外卫星中继通信、卫星电视转播等也主要是利用空间波作为传输途径。

地波天波空间波中短电离层短波直线超短波微波通信想一想(1)电磁波的传播速度由什么决定?(2)由空气进入水中,电磁波会发生怎样的变化?提示

(1)电磁波的传播速度由介质和频率共同决定。(2)电磁波的频率不变,传播速度变小,波长变短。三、电磁波的接收1.电谐振现象当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生电流最强的现象。与机械振动中的

现象类似。

2.调谐在无线电技术中,对空间存在的各种频率的电磁波,需要选择某一种特定的

接收的过程。

3.调谐电路能够进行调谐的接收电路。调节调谐电路可调电容或电感,改变电路的

,使它与要接收的电台的电磁波的频率相同,这个电磁波在调谐电路里激起的电流最强。

共振频率固有频率想一想(1)电磁波的发射应该采用怎样的电路?(2)电视机是怎样接收电视信号的?(3)障碍物与雷达间距该如何确定?提示

(1)应该用开放电路。(2)由电视天线接收电磁波,经调谐、解调后得出所需信号。(3)障碍物与雷达间距为x=,其中t为发射无线电波到接收反射波的时间,c为光速。易错辨析

判一判(1)为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,必须是闭合电路。(

)(2)当接收电路的固有频率与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。(

)(3)当电磁波在空间传播时,电磁能也随着一起传播。(

)(4)电视接收天线收到电磁波经过调制和解调还原成图像和声音。(

)×提示

为了有效地向空间辐射能量,必须是开放电路。

√√×提示

电视接收天线收到电磁波经过解调还原成图像和声音。

即学即用

练一练1.为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载到电磁波上发射到远方,必须对振荡电流进行(

)A.调谐

B.放大C.调制

D.检波C解析

把要传递的信息(如声音、图像等)加载到电磁波上发射出去的过程叫做调制,故只有C正确,A、B、D三项应是电磁波接收端需进行的过程。2.(多选)关于电磁波的接收,下列说法正确的是(

)A.当处于电谐振时,所有的电磁波都能在接收电路中产生感应电流B.当处于电谐振时,只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流C.由调谐电路接收的感应电流,再经过耳机就可以听到声音了D.由调谐电路接收的感应电流,再经过检波、放大,通过耳机才可以听到声音AD解析

当处于电谐振时,所有的电磁波都能在接收电路中产生感应电流,只不过频率跟调谐电路固有频率相等的电磁波,在接收电路中激发的感应电流最强。由调谐电路接收的感应电流,要再经过检波(也就是调制的逆过程)、放大,通过耳机才可以听到声音,故正确选项为A、D。重难探究·能力素养全提升探究一电磁波的发射情境探究将两根铝管固定在感应线圈的两极上,另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上,如图所示。(1)接通感应线圈电源,把手柄上两铝管平行靠近感应线圈上的两铝管,你看到了什么现象?为什么?(2)当把感应线圈两极上的铝管拆掉后,把手柄靠近感应线圈有什么现象?为什么?要点提示

(1)微安表头指针偏转,因为绝缘手柄上的铝管接收到了电磁波。(2)没有装铝管时,微安表头指针不偏转,说明绝缘手柄上的铝管没有接收到电磁波。因为发射电磁波要有天线。知识归纳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,如图所示。高频振荡、开放电路

由闭合回路变成开放电路

实际的开放电路:线圈的一端用导线与大地相连;线圈的另一端与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的。2.调制(1)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。调振幅、调频率

②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。

闪光语录

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。应用体验典例1

(多选)关于无线电波的发射过程,下列说法正确的是(

)A.必须对信号进行调制B.必须使信号产生电谐振C.必须把传输信号加到高频电流上D.必须使用开放回路ACD解析

电磁波的发射过程中,一定要对低频输入信号进行调制,用开放电路发射;为了有效地向外发射电磁波,必须把传输信号加到高频电流上,选项A、C、D正确。而产生电谐振的过程是在接收电路,选项B错误。规律方法

LC电路与开放电路(1)如果LC电路是闭合的,它不利于向外发射电磁波,因为发射电磁波需要把振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间中,才能有效地把能量传播出去。(2)LC振荡电路与开放电路耦合后,振荡电路中产生的高频振荡电流通过两个电路线圈间的互感作用,使开放电路中也产生同频率的振荡电流,振荡电流在开放电路中激发出无线电波,向四周发射,所以发射出电磁波的频率就等于LC振荡电路中电磁振荡的频率。针对训练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,除了使用开放电路,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.减少线圈的匝数D.采用低频振荡电流ABC

解析

使用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探究二电磁波的传播与接收情境探究莱顿瓶是一个玻璃瓶,瓶里瓶外分别贴有锡箔,瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接,棒的上端是一个金属球。由于它是在莱顿城发明的,所以叫莱顿瓶,这就是最初的电容器。如图甲所示,用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖管的矩形接收框)、感应线圈和直流电源连成电路。如图乙所示,发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距约1~2厘米,氖管两端分别接莱顿瓶的内壁和外壁金属箔。感应线圈高压加在铜球和莱顿瓶上,使铜球间发生火花放电。(1)调节接收框上的可移动的竖直金属滑动杆,使它从最右端慢慢向左移动,观察接收框上的氖管发光有什么变化?(2)说明产生这种变化的原因。要点提示

(1)滑动杆向左滑动的过程中,氖管先变亮后变暗,当矩形接收框与发射框的大小差不多时氖管最亮。(2)当两框大小相等时,两框的自感系数近似相等,与莱顿瓶组成的LC振荡电路的固有频率近似相同,发射电路与接收电路发生电谐振,接收框接收到的信号最强,所以氖管最亮。知识归纳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。3.接收电路(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称为电谐振。使接收电路产生电谐振的过程称为调谐。(2)解调:又称“反调制”,是从已调波中重现调制信号的过程。

调制逆过程

闪光语录

无线电波的发射和接收过程

应用体验典例2

调节收音机的调谐电路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应(

)A.加大电源电压B.减小电源电压C.增加谐振线圈的圈数D.减少谐振线圈的圈数D解析

由于

,C越小、L越小,f越大。动片旋出,正对面积S减小,C减小,S调到最小,即C最小时,f还未达到高频率f0,则必须使L减小,即减少谐振线圈数,选项C错误,D正确;频率f与电源电压无关,选项A、B错误。规律方法

电磁波的传播与接收1.电磁波在传播过程中,如果遇到导体,会使导体中产生感应电流,因此,空中的导体可以用来接收电磁波。2.当接收电路的固有频率跟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大。旋转调谐旋钮的目的就是使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最大。3.使声音或图像信号从调谐电路接收到的高频电流中还原出来,这个过程叫解调,它是调制的逆过程。针对训练2电视接收信号过程示意图如图所示,其工作过程顺序正确的是(

)A.解调——放大——调谐——显示B.调谐——放大——解调——显示C.调谐——解调——放大——显示D.放大——调谐——解调——显示C解析

电视接收机首先利用电谐振通过调谐把空间高频电流选出来,然后解调,取下信号,最后经放大后再传给显像管显像,所以正确的顺序是C。学以致用·随堂检测全达标1231.简单的、比较有效的电磁波的发射装置,至少应具备以下电路中的(

)①调谐电路

②调制电路

③高频振荡电路

④开放振荡电路A.①②③

B.②③④C.①④

D.①②④B解析

比较有效地发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去,高频振荡电路能产生高频电磁波,开放振荡电路能把电磁波发送得更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。故选项B正确。1232.(多选)关于电磁波的发射与接收,下列说法正确的是(

)A.发射的LC电路是开放的B.若振荡电路频率较低,则不能发射电磁波C.调谐是调制的逆过程D.接收电路也是一个LC振荡电路ABD解析

如果LC电路是闭合的,它不能向外发射电磁波,因为发射电磁波需要把振荡电路的