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文档简介
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.2、了解麦克斯韦的电磁场理论,实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折3、能说出电磁波的发射、传播和接收的过程。知道无线电通信的基本原理。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。自主学习一、电磁场1.麦克斯韦两个观点(1)变化的磁场产生________(如图甲所示).(2)变化的电场产生________(如图乙所示).甲乙2.电磁场:变化的电场和磁场总是相互联系着,形成不可分割的统一的__________.二、电磁波1.电磁波的产生:________的电场和磁场在较远的空间引起新的________的电场和磁场,这样________的电场和磁场由近及远向周围传播,形成了电磁波.2.电磁波的特点:(1)电磁波在空间传播不需要________,电磁波的速度________光速c.(2)电磁波的电场强度E与磁感应强度B相互________.3.电磁波能产生反射、________、干涉和________等现象.4.赫兹的实验(1)赫兹实验装置(如图所示).(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电火花时,周围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:赫兹证实了__________的存在.三、无线电波的发射1.发射电磁波的振荡电路的特点(1)要有的振荡频率:频率,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.电磁波的调制调制在电磁波发射技术中,使载波随各种信号而改变的技术分类调幅(AM)使高频电磁波的随信号的强弱而变的调制技术调频(FM)使高频电磁波的随信号的强弱而变的调制技术四、无线电波的接收1.原理电磁波在传播过程中如果遇到导体,会使导体中产生,因此,空中的导体可以用来接收电磁波。2.电谐振与调谐(1)电谐振:当接收电路的跟收到的电磁波的相同时,接收电路中产生的振荡电流最强的现象。(2)调谐:使接收电路产生的过程。五、电视广播的发射和接收过程摄像管:摄取景物的图像并将其转换为⇓eq\x(调制和发射)⇓eq\x(天线接收高频信号,调谐,)⇓eq\x(显像管:还原出与摄像管屏上相同的图像)合作探究探究一、麦克斯韦电磁场理论(一)电磁场理论1.麦克斯韦假设的两大观点(1)变化的磁场产生电场如图所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路里会产生感应电流,其实质是变化的磁场在它周围产生了电场,电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动,形成了感应电流,即使在变化的磁场周围没有闭合电路同样可以产生电场。(2)变化的电场产生磁场麦克斯韦认为:由电现象和磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的观点猜想变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场。根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候,不仅导体中的电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。(如图所示)2.对麦克斯韦电磁场理论的理解(1)恒定的电场不产生磁场。(2)恒定的磁场不产生电场。(3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。(4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。(5)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。(6)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。如果在空间某区域中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新的周期性变化的电场……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,这就是电磁波。例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,在变化的磁场周围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探究二、电磁波1.电磁波的产生变化的电场和变化的磁场总是交替产生,并且由发生的区域向周围空间传播,电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波。2.电磁波的特点(1)电磁波是横波,即E与B彼此垂直且与传播方向垂直。(2)电磁波的传播不需要介质,在真空中电磁波的传播速度跟光速相同,即c=3.0×108m/s。(3)电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作用时,能发生反射、吸收、折射等现象。3.电磁波的波速、波长与频率的关系c=λf。4.电磁波与机械波的异同点(1)电磁波与机械波的相同点①电磁波与机械波一样,能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。②电磁波与机械波一样,是传播能量的一种形式,能传递信息。③电磁波的波长、频率、周期、波速关系与机械波一样满足v=λf,T=eq\f(1,f),且传播过程中频率不变。(2)电磁波与机械波的不同点①产生的机理不同:电磁波是电磁运动产生的,是变化的电磁场在空间的传播;机械波是机械运动产生的,是机械振动这一运动形式在介质中的传播。②电磁波传播不需要介质,机械波必须有介质才能传播。电磁场本身是一种物质,电磁波是物质传播的形式,是靠电和磁的相互“感应”而传播的,可以脱离电荷而独立存在,故它的传播不需要介质,真空中也能传播。③电磁波是横波,电场方向和磁场方向互相垂直且都与波的传播方向垂直;机械波有横波也有纵波。④电磁波波速比机械波波速大得多,任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度,即c=3.0×108m/s,电磁波传播虽然不需要介质,但在其他介质中的速度都比在真空中的小。例2.(多选)关于电磁波与声波的说法,下列正确的是()A.电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播,声波是声源的振动向远处传播B.电磁波的传播不需要介质,声波的传播有时也不需要介质C.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长不变,声波的波长变小探究三、电磁波的发射古代人们有哪些传递信息的方式?现在我们有哪些传递信息的方式?这两种传递方式有什么不同?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)〖例3〗(多选)为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力,对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施()A.减小电容器极板的正对面积 B.增大电容器极板的间距C.增大自感线圈的匝数 D.向外抽出铁芯探究四、电磁波的接收如图,我们调节旋钮调改变的是什么?调节的目的又是什么?1.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。〖例4〗(多选)下列说法正确的是()A.当处于电谐振时,所有的电磁波仍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随堂训练1.下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是()2.(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中,正确的是()A.机械波与电磁波本质上是一致的B.机械波的波速只与介质有关,而电磁波在介质中的波速,不仅与介质有关,而且与电磁波的频率有关C.机械波可能是纵波,而电磁波必定是横波D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象3.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.①②④4.如图所示为电视接收过程示意图,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5.关于电磁波的发射与接收,下列说法中正确的是()A.调频与调幅都是用高频载波发送信号,原理相同,无本质区别B.解调是将低频信号加载到高频电磁波上进行发射传送的过程C.手持移动电话与其他用户通话时,要靠较大的固定的无线电台转送D.调谐就是将接收电路的振幅调至与电磁载波的振幅相同6.手机A的号码手机B的号码当手机A拨打手机B时,能听见B发出响声并且看见B上来电显示A的号码若将手机A置于透明真空罩中,再用手机B拨打手机A,则()A.能听见A发出响声,但看不到A上显示B的号码B.能听见A发出响声,也能看到A上显示B的号.既不能听见A发出响声,也看不到A上显示B的号码D.不能听见A发出响声,但能看到A上显示B的号码130222222227.(多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是()A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快C.经过调制后的电磁波在空间传播波长才能不变D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去
▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁自主学习一、1.(1)电场(2)磁场2.电磁场二、1.变化变化变化2.(1)介质等于(2)垂直3.折射衍射4.(3)电磁场电磁波感应电动势(4)电磁波三、1.(1)足够高越高(2)开放2.振幅频率四、1.感应电流2.(1)固有频率频率(2)电谐振五、电信号解调合作探究例1:D〖解析〗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D正确。例2.AC〖解析〗由电磁波和声波的概念可知A正确。因为电磁波可以在真空中传播,而声波属于机械波,它的传播需要介质,在真空中不能传播,故B错误。电磁波在空气中的传播速度近似等于真空中的速度,大于在水中的传播速度;声波在水中的传播速度大于在空气中的传播速度,故C正确。无论是电磁波还是声波,从一种介质进入另一种介质时频率都不变,所以由波长λ=eq\f(v,f)及它们在不同介质中的传播速度可知,由空气进入水中时,电磁波的波长变短,声波的波长变长,故D错误。探究三、〖提*示〗:烽火台,鸽子,驿站,邮差等;广播,电视,电话,手机,互联网;古代通过的是人〖例3〗ABD要增大无线电台向空间发射电磁波的能力,必须提高其振荡频率,由f=eq\f(1,2π\r(LC))知,减小L和C可以提高f。要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽出铁芯的办法,要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法。故选A、B、D。探究四、〖提*示〗:调节旋钮调改变的是可变电容器的电容,可以改变调谐电路的频率,使它跟要接收的电台发出的电磁波的频率相同,这个频率的电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流,这样就选出了这个电台。〖例4〗AD当处于电谐振时,所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流,只不过频率跟谐振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〖答案〗为A、D。随堂训练1.C〖解析〗题中A、B选项所描述的磁场是稳定的,由麦克斯韦电磁场理论可知其周围空间不会产生电场,A错误,B错误;题中C选项描述的是周期性变化的磁场,它能产生同频率周期性变化的电场,且磁通量的变化率最大时电场强度最强,其相位差为eq\f(π,2),C正确;题中D所描述的是周期性变化的电场,在其周围空间产生周期性变化的磁场,其相位差为π,D错误。2.AC〖解析〗机械波由机械振动产生,电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生,机械波是质点振动的传播,传播需要介质,速度由介质决定;电磁波是物质波,传播不需要介质。电磁波的波速由介质和本
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