浙江专版2024年高中物理第十四章电磁波第345节电磁波的发射和接收电磁波与信息化社会电磁波谱讲义含解析新人教版选修3-4

PAGE11-电磁波的放射和接收电磁波与信息化社会电磁波谱电磁波的放射[探新知·基础练]电磁波的放射(1)要有效地放射电磁波，振荡电路必需具有两个特点：①要有足够高的振荡频率，频率越高，放射电磁波的本事越大；②应采纳开放电路，振荡电路的电场和磁场必需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，这条导线叫做地线，线圈的另一端高高地架在空中，叫做天线。(3)电磁波的调制：使电磁波随各种信号而变更的技术叫做调制。调制的方法有两种，一是调幅，使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变更；另一种叫调频，使高频电磁波的频率随信号的强弱而变更。[释疑难·对点练]1．无线电波的放射和接收过程2．“调幅”和“调频”是调制的两个不同的方式(1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图象信号采纳调幅波。(2)高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采纳调频波。[试身手]1．为了使须要传递的信息(如声音、图象等)载在电磁波上放射到远方，必需对振荡电流进行()A．调谐 B．放大C．调制 D．检波解析：选C把要传递的信息(如声音、图象等)加载到电磁波上放射出去的过程叫做调制，故只有C正确，A、B、D三项是电磁波接收端需进行的过程。无线电波的接收[探新知·基础练]1．接收原理电磁波在传播时遇到导体会使导体中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。2．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等时，接收电路里产生的震荡电流最强，这种现象叫做电谐振。3．调谐使电路中产生电谐振的过程叫做调谐。4．解调使声音或图象信号从接收到的感应电流中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫做解调。5．无线电波波长大于1_mm(频率低于300GHz)的电磁波叫作无线电波。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。[释疑难·对点练]1．解调是调制的逆过程声音、图象等信号频率相对较低，不能转化为电信号干脆放射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图象信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图象信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。2．正确理解调谐的作用世界上有许很多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，假如不加选择全部接收下来，那必定是一片混乱，辨别不清。因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把须要的选出来，通常叫选台。在无线电技术中是利用电谐振达到该目的的。[特殊提示](1)电谐振就是电磁振荡中的“共振”。(2)调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程。[试身手]2．在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必需经验的过程，下列关于接收过程的依次，正确的是()A．调谐→高频放大→检波→音频放大B．检波→高频放大→调谐→音频放大C．调谐→音频放大→检波→高频放大D．检波→音频放大→调谐→高频放大解析：选A接收过程的依次为调谐、高频放大、检波、音频放大。A正确。电磁波与信息化社会[探新知·基础练]1．电磁波的传输信息可以通过电缆、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)电视广播的放射和接收过程：eq\x(摄像管：摄取景物的图象并将其转换为电信号)⇓eq\x(调制和放射)⇓eq\x(天线接收高频信号，调谐，解调)⇓eq\x(显像管：还原出与摄像管屏上相同的图象)(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。依据放射无线电波到接收反射波的时间t，确定障碍物的距离s＝eq\f(ct,2)，再依据放射无线电波的方向和仰角，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。[释疑难·对点练]雷达的工作原理及应用(1)雷达的原理：利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。(2)雷达的构造及特点：一般由天线系统、放射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于限制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。①雷达既是无线电波的放射端，又是无线电波的接收端；②雷达运用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段；③雷达放射的是不连续的无线电波，即脉冲，每次放射时间短于1μs，两次放射的时间间隔约为0.1ms；④障碍物的距离等状况都由显示器干脆显示出来。(3)雷达的应用：探测飞机、导弹等军事目标；可以用于导航；天文学上探讨星体；在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云。[试身手]3．关于雷达的特点，下列说法正确的是()A．雷达所用无线电波的波长比短波更长B．雷达只有连续放射无线电波，才能发觉目标C．雷达的显示屏上可以干脆读出障碍物的距离D．雷达在能见度低的黑夜将无法运用解析：选C雷达是利用无线电波的反射来工作的，因此它利用的无线电波处于微波段，目的是增加反射，减小衍射，不受能见度凹凸的影响。雷达大约每隔0.1ms放射时间短于1μs的脉冲信号，依据屏上显示的放射信号和接收到的反射信号可以干脆读出障碍物的距离，故只有C正确。电磁波谱[探新知·基础练]电磁波谱(1)把各种电磁波按波长或频率的大小依次排列起来，就组成了电磁波谱。依据波长从长到短依次排列成：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。(2)不同的电磁波由于具有不同的频率(波长)，才具有不同的特性。[释疑难·对点练]比较说明各种电磁波的产朝气理、特征和用途电磁波是一个大家族，从无线电波到γ射线组成电磁波谱，可见光只是这个谱系中很窄的一个波段。下面将这一家族的成员比较一下，便于了解。电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线波长产朝气理振荡电路中的电子运动原子的外层电子受到激发原子内层电子受到激发原子核受到激发主要特征波动性强，易衍射热作用强引起视觉、感光作用化学作用、荧光效应穿透实力强穿透实力最强主要用途通信、广播、导航加热、遥测、遥感、红外摄影、夜视照明、照相日光灯、杀菌消毒检查、探测、透视探测、医疗[试身手]4．下列说法正确的是()A．只有物体温度较高时才能向外辐射红外线B．紫外线的主要作用是热作用C．可见光比红外线简洁发生衍射现象D．X射线穿透力强，可用来进行人体透视解析：选D任何物体在任何温度下均会向外辐射红外线，A错误；紫外线的主要作用是化学作用和荧光作用，B错误；可见光的波长小于红外线的波长，故可见光相对红外线不简洁衍射现象，C错误；X射线穿透力强，医学上常用于透视人体，D正确。电磁波的放射与接收[典例1](多选)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高频率的电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采纳下列何种方法()A．增加调谐电路中线圈的匝数B．加大电源电压C．削减调谐电路中线圈的匝数D．将线圈中的铁芯取走[解析]选CD当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时发生电谐振，才能较好地收到电台信号，本题中收不到信号的缘由是调谐电路的固有频率低，由f＝eq\f(1,2π\r(LC))知，在C无法再调整的状况下，可减小L以提高频率。易知选项C、D正确。[典例2]一台收音机的接收频率范围从f1＝2.2MHz到f2＝22MHz。设这台收音机能接收的相应波长范围从λ1到λ2，调谐电容器的相应电容变更范围从C1到C2。那么波长λ1、λ2之比为多少？电容C1、C2之比为多少？[解析]由公式：λ＝eq\f(v,f)，因电磁波在空中的波速相等，由此可得波长与频率成反比，所以：eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(f2,f1)＝eq\f(22,2.2)＝eq\f(10,1)。再依据电磁振荡公式：f＝eq\f(1,2π\r(LC))，收音机接收电路中的L是固定的，所以频率跟电容器的电容平方根成反比，即eq\f(f1,f2)＝eq\f(\r(C2),\r(C1))，整理可得：eq\f(C1,C2)＝eq\f(f22,f12)＝eq\f(100,1)。[答案]λ1∶λ2＝10∶1C1∶C2＝100∶1雷达的工作原理[典例3]某雷达工作时，放射电磁波的波长λ＝20cm，每秒脉冲数n＝5000，每个脉冲持续时间t＝0.02μs，取电磁波的传播速度为c＝3×108m/s，问：该电磁波的振荡频率为多少？最大侦察距离是多少？[思路点拨]电磁波在空气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。依据雷达荧光屏上放射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必需在后一个放射波发出前到达雷达接收器。可见，雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达放射相邻两个脉冲间隔时间内传播距离的一半。[解析]由c＝λf可得电磁波的振荡频率f＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,20×10－2)Hz＝1.5×109Hz。电磁波在雷达放射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离s＝cΔt＝c(eq\f(1,n)－t)＝3×108×(eq\f(1,5000)－0.02×10－6)m≈6×104m，所以雷达的最大侦察距离s′＝eq\f(s,2)＝3×104m＝30km。[答案]1.5×109Hz30km各种电磁波的特点及应用[典例4]下列说法正确的是()A．麦克斯韦证明白光的电磁说的正确性B．红外线的显著作用是热作用，紫外线最显著的作用是化学作用C．X射线的穿透本事比γ射线更强D．X射线与γ射线的产朝气理不同，因此它们的频率范围界线分明，不行能重叠[解析]选B麦克斯韦提出了光的电磁说，赫兹用试验证明白光的电磁说的正确性。X射线是原子的内层电子受激发而产生的，γ射线是原子核受激发而产生的，产朝气理不同，但X射线和γ射线都有一个较大的频率范围，较高频率的X射线与较低频率的γ射线产生了重叠，其他相邻电磁波间也存在重叠。A、D错误；由各种电磁波的特征易知B正确，C错误。[课堂对点巩固]1．(多选)关于无线电波的传播，下列说法正确的是()A．放射出去的电磁波，可以传到无限远处B．无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流C．波长越短的电磁波，越接近直线传播D．移动电话是利用无线电波进行通讯的解析：选BCD无线电波在传播过程中，遇到障碍物就被汲取一部分，无法传到无限远处，遇到导体，会在导体内产生涡流(同频率的振荡电流)，故B对，A错；电磁波波长越短，传播规律越接近光的直线传播，移动电话放射或接收的电磁波属于无线电波的高频段，故C、D对。2.(多选)雷达采纳微波而不用其他无线电波的缘由是()A．微波具有很高的频率B．微波具有直线传播的特性C．微波的反射性强D．微波比其他无线电波(长波、中波、短波等)传播的距离更远解析：选ABC微波的波长较短，频率较高，不简洁产生衍射或干涉现象，微波的反射性较强，直线性较好。微波与其他无线电波的波速相等，都可以传播较远的距离，所以A、B、C项正确。3．(多选)下面关于电视的说法中正确的是()A．电视信号的放射、接收过程：景物→电信号→电磁波→电信号→图象B．摄像机在一秒钟内要传递24张画面C．显像管是将电信号还原成景物图象的关键部分D．由于画面更换快速和视觉暂留现象使人们看到的是活动的影像解析：选ACD电视信号的放射和接收过程中，信号在不断发生变更，在这个变更中关键是显像管的作用，摄像机在一秒钟内要传递25张画面，视觉暂留使我们看到物体在动。综上所述，A、C、D正确。4．(多选)在电磁波中，波长按从长到短依次排列的是()A．无线电波、可见光、红外线B．无线电波、可见光、γ射线C．红光、黄光、绿光D．紫外线、X射线、γ射线解析：选BCD电磁波中，波长按从长到短排列的依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。可见光中，按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的依次波长越来越短。故选项B、C、D正确。eq\a\vs4\al(­­­­­­­­­­­­­­­)[课堂小结]eq\a\vs4\al(­­­­­­­­­­­­­­­)[课时跟踪检测十八]一、单项选择题1．简洁的、比较有效的电磁波的放射装置，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．①②④解析：选B比较有效的放射电磁波的装置应当有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把须要放射的信号装载在高频电磁波上才能放射出去，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的更远。而调谐电路是在接收端须要的电路。综上所述，B正确。2．假如收音机调谐电路采纳变更电容的方式变更回路固有频率，当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时，则电容的最大电容与最小电容之比为()A．3∶1 B．9∶1C．1∶3 D．1∶9解析：选B调谐电路固有频率f＝eq\f(1,2π\r(LC))，当接收电磁波的频率为f时，调谐电路发生电谐振，接收电磁波的波长λ＝eq\f(c,f)＝c·2πeq\r(LC)，可见λ与eq\r(LC)成正比，因为λmax∶λmin＝3∶1，且只变更C，所以Cmax∶Cmin＝9∶1，选项B正确。3．验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光，电视机、空调的遥控器发出的光能限制电视机、空调的工作状态。对于它们发出的光，以下推断正确的是()A．它们发出的都是红外线B．它们发出的都是紫外线C．验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线D．验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线解析：选D紫外线有较强的荧光作用，能使荧光物质发出荧光，故验钞机发出的是紫外线；红外线波长较长，简洁发生衍射，故能很便利地遥控家用电器，故D正确。4．下列说法中正确的是()A．移动电话仅是一部接收机B．移动电话仅相当于一个放射电台C．因特网事实上就是计算机与计算机之间的干脆连接形成的网络D．因特网极大地丰富了我们的生活解析：选D移动电话既相当于放射电台，又相当于接收机；因特网是计算机之间的连接形成的网络，但不是简洁的干脆连接，它实实在在地丰富了我们的生活，只有D对。5．电磁波给人们的生活带来日新月异变更的同时，也带来了电磁污染。长期运用如图所示的通信装置，会对人体健康产生影响的是()解析：选C移动电话是通过电磁波来传递信息的，长期运用会对人体的健康产生影响。摇柄电话、拨号电话、按键电话都是通过导线中的电流进行信息传播的，没有电磁波的污染，故选项C正确。6．某广播电台放射“中波”段某套节目的讯号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则()A．f1>f2>f3>f4 B．f1<f2<f3<f4C．f1<f3<f2<f4 D．f1>f2<f3<f4解析：选B广播电台放射“中波”、微波炉中的微波、可见光光波、X射线(X光)，它们的波长关系λ1>λ2>λ3>λ4，频率关系f1<f2<f3<f4，选项B正确。7．电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为()A．天线处在变更的电磁场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路B．天线只处于变更的电场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路C．天线只是选择性地接收某电台信号，而其他电视台信号则不接收D．天线将电磁波传输到电视机内解析：选A室外天线处于空间变更的电磁场中，天线中产生了感应电流，此电流通过馈线输送给LC电路，此电流中空间各电台信号激起的电流均存在，但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强，然后再通过解调处理进入后面的电路，A正确，B、C、D错误。8．目前雷达发出的电磁波频率多在200～1000MHz的范围内，下列关于电磁波的说法正确的是()A．真空中，上述频率范围的电磁波的波长在30～150m之间B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C．波长越短的电磁波，越简洁绕过障碍物，便于远距离传播D．测出从放射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，就可以确定障碍物的距离解析：选D据λ＝eq\f(c,f)，电磁波频率在200～1000MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0.3～1.5m之间，故选项A错误；依据麦克斯韦的电磁场理论，变更的磁场产生电场，变更的电场产生磁场，故选项B错误；波长越长的电磁波，越简洁绕过障碍物，便于远距离传播，波长越短的电磁波，越简洁反射，故选项C错误；依据雷达测距原理知选项D正确。二、多项选择题9．下列说法中正确的是()A．摄像机事实上是一种将电信号转变为光信号的装置B．电视机事实上是一种将电信号转变为光信号的装置C．电视机接收的画面是连续的D．电视机接收的画面是不连续的解析：选BD通过摄像机摄到景物的光信号，再通过特殊装置(扫描)转变为电信号；电视机通过显像管将接收到的电信号再转变为光信号，最终还原为图象，由于画面更换快速和视觉暂留，我们感觉到的是活动的图象，所以选项