人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案1：4 2-4 3电磁场与电磁波 无线电波的发射和接收

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE14.2-4.3电磁场与电磁波无线电波的发射和接收〖学习目标〗1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义。2.了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性。3．知道什么样的电磁振荡和电路有利于向外发射电磁波。4．能正确区分调制、调幅、调频、调谐、解调等概念。5．能结合生活实际，说出无线电通信在生活中的应用。。〖知识梳理〗一、电磁场1．变化的磁场产生电场(1)实验现象：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生。(2)麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生，一定是变化的产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。(3)结论：变化的产生了电场。2．变化的电场产生磁场麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生。二、电磁波1．电磁波的产生变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成。2．电磁波是横波根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度互相，而且二者均与波的传播方向，因此电磁波是横波。3．电磁波的速度麦克斯韦得到电磁波的速度等于。他指出了光的本质。4．麦克斯韦电磁场理论的意义不仅预言了的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的，建立了完整的电磁场理论。5．赫兹的电火花(1)赫兹的实验装置(2)实验现象当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花。(3)现象分析当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了迅速变化的，这种变化的电磁场以的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出，使得导线环的空隙中也产生了火花。(4)实验结论：证实了的存在。三、无线波的发射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________的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大。第二，应采用________，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：实际的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做______，线圈的另一端高高地架在空中，叫做______。3.无线电技术：使电磁波随各种信号而改变的技术叫做______。调制的方法有两种，一是调幅，使高频电磁波的______随信号的强弱而改变；另一种叫调频，使高频电磁波的______随信号的强弱而改变。四．无线电波的接收1.接收原理：电磁波能使______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______。2.电谐振：当接收电路的________跟接收到的电磁波的______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：使电路中产生______的过程叫做调谐。4.解调：使声音或图像信号从接收到的________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______(频率低于300GHz)的电磁波称作无线电波，并按波长分成若干个波段，像长波、中波、短波、微波等。不同波段所用的设备和技术不同，因此有不同的用途。五.电视广播的发射和接受（1）电视广播信号也是一种。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。这种电信号可以通过线路直接传输，但是由于原因，很难远距离传播。因此，需要通过将信号调制成在进行传播。（2）高频信号的主要传播方式、、基础检测1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)变化的电场一定产生变化的磁场。()(2)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108m/s。((3)电磁波在真空和介质中传播速度相同。()(4)只要有电场和磁场，就能产生电磁波。()(5)电磁波在同种介质中只能沿直线传播。()2．(多选)下列说法中正确的是()A．变化的磁场不能产生电场 B．变化的电场不能产生磁场C．赫兹证实了电磁波的存在 D．电磁波能在真空中传播3．建立完整的电磁场理论，并首先预言电磁波存在的科学家是()A．法拉第 B．奥斯特C．赫兹 D．麦克斯韦4.思考：电视发射塔为什么要建得很高？〖重点突破〗一、对麦克斯韦电磁场理论及电磁波的理解如图所示是赫兹实验的装置示意图，请问赫磁通过此实验装置证实了什么问题？1．电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。2．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场例1：(多选)关于电磁场的理论，下列说法中正确的是()A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的D．振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场针对练习1：(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是()A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B．周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场二、电磁波爸爸出差在外，小明相隔千里与爸爸通电话，声音在瞬间就传递到爸爸耳边。（1）小明的声音是怎样传递给爸爸的？（2）介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？1.电磁波的形成过程麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波！他说：“我们有充分的理由断定，光本身是……按电磁波规律传播的一种电磁振动。”。2．电磁波与机械波的比较机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发干涉可以发生可以发生衍射可以发生可以发生横波可以是是纵波可以是不是例2：(多选)关于机械波与电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大D．机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向方法总结：电磁波与机械波的三点不同(1)电磁波是电磁现象，由电磁振荡产生；机械波是力学现象，由机械振动产生。(2)机械波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播不需要介质。(3)不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同，在不同介质中传播速度不同；不同频率的电磁波在真空中传播速度相同，在同一介质中传播速度不同。针对练习2：(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()A．手机既能发射电磁波，也能接收电磁波 B．手机只能接收电磁波，不能发射电磁波C．收音机既能发射电磁波，也能接收电磁波D．收音机不能发射电磁波，只能接收电磁波三、有效地发射电磁波的两个条件1．高频电路：理论研究证明了发射电磁波的功率与振荡频率的四次方成正比，频率越高，发射电磁波的本领就越大，所以采用高频电路。2．开放电路：振荡电路中的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。实际的开放电路由天线、线圈和地线组成，天线相当于电容器的一个极板，大地是另一个极板，这样做有两个好处，一是满足开放的条件，让电场和磁场尽可能地分散到更大的空间，二是电容器的电容非常小，可以产生高频率。特别警示当振荡电路变成开放电路时，由于匝数减少，则自感系数L减小。由于正对面积减小，距离增大，电容器的电容减小。由f＝eq\f(1,2π\r(LC))可知，频率增大，故辐射本领增强。四、对电谐振及其作用的理解世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选择全部接收下来，那必然是一片混乱，分辨不清。因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台。在无线电技术中利用电谐振(类似于机械振动中的共振)达到目的。使接收电路中产生电谐振的过程叫调谐，能够调谐的接收电路叫调谐电路。如图所示，调节电容器的电容，当该LC振荡电路的固有频率与某电台的频率相同时，这个电台的电磁波在电路中激起的感应电流最强，这样就选出了这个电台。收音机一般是通过改变电容来调谐，而电视机一般通过改变电感来调谐。五、电视广播的发射和接收过程不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。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。接收天线收到的电磁波除了载有图像信号外，还有伴音信号。伴音信号经解调后送到扬声器〖随堂训练〗1．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周期一定产生变化的电场C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场2．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失3．(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是()A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场4．(多选)下列关于电磁场的说法中正确的是()A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波B．任何变化的电场周围一定有磁场C．周期变化电场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场D．电磁波的理论在先，实践证明在后5.为了让电磁波传递信号，可以：(1)使高频电磁振荡的振幅随信号而改变，此过程叫（）(2)使高频电磁振荡的频率随信号而改变，此过程叫（）A．检波 B．调幅 C．调谐 D．调频6.关于无线电波，下列说法中正确的是（）A．无线电波包含的波长宽度是很广的B．无线电波与电磁波是有一定区别的C．无线电波不可以在真空中传播D．无线电波与我们的生产和生活有极其紧密的联系7.利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号的变化而变化。使无线电波随各种信号而改变叫________，常用的方法有________和________，其中使振荡的振幅随信号而改变叫________，使振荡的频率随信号而改变叫________。8.图中A为某火箭发射场，B为山区，C为城市。发射场正在进行某型号火箭的发射试验。为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号。已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发________(选填“无线电广播信号”或“电视信号”)。这是因为_________________________________________________________________________________________。

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖知识梳理〗一、1．(1)感应电流(2)磁场(3)磁场2．磁场二、1．电磁波2．垂直垂直3．光速电磁4电磁波统一性5．(3)电磁场电磁波感应电动势(4)电磁波三、1.足够高开放电路2.地线天线3.调制振幅频率四、1.导体天线2.固有频率频率3.电谐振4.高频电流5.1mm五、1.无线电信号电信号传输失真、损耗等载波高频信号2.地面无线电传输有线网络传输卫星传输基础检测1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2．CD〖均匀变化的电场会产生恒定的磁场，均匀变化的磁场会产生恒定的电场，故A、B错误；麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波的存在，赫兹首先利用实验证实了电磁波的存在，故C正确；电磁波能在真空中传播，故D正确。〗3．D〖麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹证实了麦克斯韦预言的正确性。〗4.〖提*示〗：这样做是为了使振荡电路的电场和磁场可以分散到足够大的空间，使无线电波发射得较远。〖重点突破〗一〖提*示〗：实验演示了电磁波的发射和接收，验证了麦克斯韦电磁场理论。例1：BD〖变化的电场产生磁场有两层含义。①均匀变化的电场产生恒定的磁场。②非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡的磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故B、D正确，A、C错误。〗针对练习1：ABD〖变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路电场仍然存在，A正确；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B正确，C错误；电场(或磁场)周围不一定存在磁场(或电场)，D正确。〗二〖提*示〗：（1）（2）声波的传播速度由介质决定，与频率无关，即同种介质不同频率的声波传播速度相同。电磁波在真空中传播速度相同，均为3×108m例2：BD〖电磁波在真空中的传播速度都等于光速，与电磁波的频率无关，故A错误；衍射现象是波特有的现象，而偏振现象是横波特有的现象，电磁波也是一种横波，可以发生衍射现象和偏振现象，故B正确；波传播速度与介质有关，则在同一种介质中传播时，简谐机械波的传播速度相等，故C错误；机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向，如声波，故D正确。〗针对练习2：AD〖手机在使用过程中，将要传递的信息用电磁波发射出去，另一方面又可以通过接受电磁波来获取他人传递给自己的信息，故B错误，A正确；收音机只能利用天线接收电磁波，不能发射电磁波，故C错误，D正确。〗〖随堂训练〗1．D〖根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有选项D正确。〗2．ABC〖电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关，故A正确；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，相互激发，形成电磁波，故B正确；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且