高中物理第3章电磁波第23节电磁波的发射传播和接收电磁波的应用及防护教学案鲁科版选修34文档格式.docx

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②开放电路：

振荡电路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。

（2）实际应用中的开放电路是由天线与地线和匝数很少的线圈组成的，对应的L、C都很小，以满足电磁波频率高的条件。

如下图321所示，甲→乙→丙→丁电路的开放程度依次增大。

图321

2．电磁波两种调制方式的比较

（1）调幅：

使电磁波的振幅随信号改变，频率始终保持不变，如图322所示。

图322

（2）调频：

使电磁波的频率随信号而改变，如图323。

图323

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（小试身手）

要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是（　　）

A．减小电容器极板间距

B．使振荡电容器的正对面积足够大

C．尽可能使电场和磁场分散开

D．增加回路中的电容和电感

解析：

选C　要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应从两个方面考虑，一是提高振荡频率，二是使电磁场尽可能地分散开，所以C正确；

由f＝可知，当减小电容器极板间的距离时，C变大，f减小，A错误；

使电容器正对面积变大，C变大，f变小，B错误；

增大回路中的L、C，f变小，D错误。

电磁波的传播和接收

　　1.无线电波通常有3种传播途径：

地波、天波和空间波

途　径

传播形式

适合波段

主要特点

地　波

沿地球表面空间传播

长波、中波、中短波

衍射能力较强，但能量损失较多

天　波

靠大气中电离层的反射传播

短　波

反射能力较强，但不够稳定

空间波

像光束那样沿直线传播

超短波和微波

穿透能力较强，但传播距离受限制

2．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，电磁波会使接收电路中产生最强的电流。

与机械振动中的共振现象类似。

（2）调谐：

在无线电技术中，对空间存在的各种频率电磁波，需要选择某一种特定的频率接收的过程。

（3）调谐电路：

能够进行调谐的接收电路。

（4）检波：

从高频载波中把音频信号“检”出来的过程，是调制的逆过程，也叫解调。

调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号，若要收到电信号，应（　　）

A．增大调谐电路中线圈的匝数

B．加大电源电压

C．减少调谐电路中线圈的匝数

D．向线圈中插入铁芯

选C　当调谐电路的固有频率等于接收的电磁波的频率时，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原因是调谐电路的固有频率低，由f＝知在电容器无法再调节的情况下，可减小L以提高f，故C正确。

电磁波的应用

1．电磁波谱

电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，把这些电磁波按波长或频率顺序排列起来，就构成了电磁波谱。

可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段。

2．各种电磁波的特点及应用对比

电磁

波谱

无线电波

红外线

可见光

紫外线

X射线

γ射线

频率

低→高

真空

中波长

长→短

特性

波动性强

热作

用强

感光

性强

化学作用，荧光效应

穿透

力强

穿透力

最强

用途

通讯、广播、导航

加热、遥测、遥感、

红外摄

像、红

外制导

照明、照相等

日光灯、杀菌

消毒、

治疗皮

肤病等

检查、探测、

透视、治疗

探测、

治疗

3．电磁污染及防护

（1）电磁污染又称电磁波污染或射频辐射污染。

研究发现，电磁辐射会危害人体健康，波长越短，危害越突出，过量的电磁波幅射对心脏、血液和眼睛等都有很大的危害。

（2）电磁波污染的防治从物理学角度看，可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人这三个方面进行防护。

1．对电磁波的理解

（1）电磁波是一种物质，像电场、磁场一样它是客观存在的真实物质，是物质存在的另一种形式。

（2）电磁波具有能量，以电磁场的形式存在的能量，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播。

2．各种电磁波共性与个性的比较

（1）共性：

①它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。

②都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×

108m/s。

③它们的传播都不需要介质。

④它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。

⑤都是横波。

（2）个性：

①不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长、衍射能力越强可作通讯用途，波长越短穿透能力越强。

②同频率的电磁波，在不同介质中速度不同。

不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。

③应用范围不同：

无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒。

X射线应用于医学上的X光照片。

γ射线检查金属部件的缺陷。

（上海高考）下列电磁波中，波长最长的是（　　）

A．无线电波　　　　　　　B．红外线

C．紫外线D．γ射线

选A　题中电磁波按照波长由长到短的顺序，依次是：

无线电波、红外线、紫外线、γ射线，故选A。

电磁波的发射和接收

[典题例析]

1．关于电磁波的发射和接收，下列说法中错误的是（　　）

A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路

B．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波

C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强

D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程

[思路点拨]　

（1）明确有效发射电磁波的条件。

（2）明确电谐振、检波的概念。

有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；

一般的音频电流的频率较低，不能直接用来发射电磁波；

电磁波接收原理是一种叫电谐振的现象，与机械振动中的共振有些相似；

电视机显示图像时，必须通过检波过程，把有效的信号从高频信号中取出来，否则就不能显示。

答案：

A

[探规寻律]

（1）当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，才能较好的接收电台信号。

（2）调谐是为了选择某一种特定的频率接收。

（3）解调是为了分离出所携带的信号。

[跟踪演练]

下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因说法正确的是（　　）

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时波长才能不变

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传递过去

选D　声音信号的频率很低，衰减快，不能直接发射，高频电磁波衰减慢、辐射能力强，适合发射，A、C错，D对。

经过调制后的电磁波在空间传播的速度不变，故B错。

2．在电磁波谱大家族中，可见光谱的红光外侧是红外线，它不能引起人的视觉，是不可见光，下面关于红外线的说法正确的是（　　）

A．红外烤箱中的红光就是红外线

B．可见光比红外线更容易发生衍射

C．高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线

D．红外线比可见光更容易引起固体物质分子共振

（1）明确红外线在电磁波谱中的位置。

（2）掌握红外线的应用。

红外线是看不见的，所以烤箱中的红光不是红外线；

红外线比可见光的波长长，更容易发生衍射；

一切物体（包括高温物体和低温物体）都在辐射红外线，只是物体温度越高，它辐射的红外线就越强；

红外线的频率比可见光更接近固体物质分子的频率，也就更容易使分子发生共振，因而红外线热作用显著。

D

（1）红外线的应用

①红外线加热。

这种加热方法的优点是能使物体内部发热，加热效率高，效果好。

应用有红外线炉、红外烤箱、红外干燥器。

②红外摄影。

这种摄影不受白天和黑夜的限制。

应用有远距离摄影、高空摄影、卫星地面摄影。

③红外成像。

可以在漆黑的夜间看见目标。

应用有夜视仪。

④红外遥感。

可以在飞机或卫星上勘测地热，寻找水源，监测森林火情，估计农作物的长势和收成，预报台风、寒潮等。

（2）紫外线的应用

紫外线能使很多物质发出荧光，很容易让底片感光。

紫外线的显著作用是化学作用：

①促使人体合成维生素D，但不能过多照射；

②能杀死多种细菌，具有消毒功能；

③用来鉴别钞票真伪。

关于紫外线的作用和性质，下列说法正确的是（　　）

A．一切物体都在不停地辐射紫外线

B．紫外线能杀菌消毒是因为紫外线具有较高的能量，可以穿透细胞膜

C．紫外线具有较强的穿透能力，可以穿透人的皮肤，破坏内脏器官

D．紫外线不具有荧光作用

选B　并不是一切物体都不停地辐射紫外线，所以A错误；

紫外线穿透能力较强，可以穿透细胞膜，具有杀菌消毒作用，但并不能穿透人的皮肤破坏内脏器官，所以B正确，C错误；

紫外线能使荧光粉发光，具有荧光作用，所以D错误。

[课堂双基落实]

1．为了把需要传递的信号（图像、声音等）加载到电磁波上发射出去，必须对振荡电流进行（　　）

A．调谐　　　　　　　　B．放大

C．调制D．解调

选C　信息（声音或图象等）转化为电信号后，往往由于信号频率低不能直接用来发射，需要把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上，这就是调制。

故正确选项为C。

2．用一台简易收音机收听某一电台的广播，必须经过的两个过程是（　　）

A．调制和解调B．调谐和检波

C．检波和解调D．调频和调幅

选B　调频、调幅都属于发射端的调制过程，故A、D错误；

检波就是解调过程，故C错误；

要收听某一电台的广播必须经过调谐选台和检波还原出原信号才可以，故B正确。

3．广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉的微波、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＞f4B．f1＜f2＜f3＜f4

C．f1＜f2＜f3＞f4D．f1＞f2＜f3＜f4

选B　电磁波范围很广，由于波长不同，特性不同，可按波长由大到小依次排序如下：

无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，由此可知B选项正确。

4．下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。

请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。

（1）X光机：

________；

（2）紫外线灯：

（3）理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________。

A．光的全反射

B．紫外线具有很强的荧光作用

C．紫外线具有杀菌消毒作用

D．X射线有很强的贯穿能力

E．红外线具有显著的热作用

F．红外线波长较长，易发生衍射

（1）X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透能力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了X射线。

（2）紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用。

（3）“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热、血液循环加快。

（1）D　

（2）C　（3）E

[课下综合检测]

（时间：

30分钟　满分：

50分）

一、选择题（共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确。

）

1．下列说法正确的是（　　）

A．电磁波的频率越高，越易沿地面传播

B．发射出去的电磁波可以传播到无限远处

C．电磁波在各种介质中传播的波长恒定

D．为了实现全球的电视转播，需要利用卫星传播无线电波，它传播的是超短波或微波

选D　沿地面传播的电磁波应该为波长较长，频率较低的电磁波，所以A错；

发射出去的电磁波随着距离的增大，能量不断损失，所以B错；

电磁波在不同介质中传播速度不同，导致波长也发生相应变化，所以C错；

由于电视信号属微波段，实现全球的电视转播，需要利用卫星传播无线电波，卫星传播的是超短波或微波，故D正确。

2．电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为（　　）

A．天线处在变化的电磁场中，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．天线只处于变化的电场中，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．天线只是选择地接收某电台信号，而其他电台信号则不接收

D．天线将电磁波传输到电视机内

选A　室外天线处于空间变化的电磁场中，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，故选项A正确，B、C、D错误。

3．随着无线电技术、微波技术的发展和普及，电磁辐射已成为威胁人们健康的无形污染，下列说法错误的是（　　）

A．波长越长，电磁辐射对人体危害越突出

B．电磁污染可以干扰通信系统、导航

C．电磁辐射会影响地面站对人造卫星的控制

D．电磁辐射可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人三个方面进行防护

选A　电磁波波长越短，频率越高，能量越强，电磁辐射对人体危害越突出，A错误；

电磁辐射会干扰通信系统、导航，影响地面站对人造卫星、宇宙飞船的控制，有效的防治电磁辐射可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人三个方面进行防护，B、C、D描述正确。

只有A描述错误。

4．许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，错误的是（　　）

A．紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应

B．X光透视利用的是光的衍射现象

C．工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强穿透能力

D．红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象

选B　紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应，A项正确。

X射线具有很强的穿透能力，在医学上用它来透视人体，检查病变和骨折情况，B项错误。

γ射线具有较强穿透能力，工业上的金属探伤就是利用的这个原理，C项正确。

一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用的这个原理，D项正确。

5．海豚具有完善的声呐系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，远远优于现代化的无线电系统，海豚的定位是利用了自身发射的（　　）

A．电磁波B．红外线

C．次声波D．超声波

选D　海豚能发射超声波，它是一种频率高于20kHz的声波，它的波长非常短，因而能定向发射，而且在水中传播时因能量损失小，要比无线电波和光波传得远。

海豚就是靠自身发出的超声波的回声在混浊的水里准确确定远处的小鱼位置而猛冲过去吞食的，故D项正确。

6．当代人类的生活和电磁波紧密相关，关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A．只要把带电体和永磁体放在一起，就会在周围空间产生电磁波

B．电磁波在传播过程中，其波速始终保持不变

C．电视机、收音机和手机所接收的信号都属于电磁波

D．微波炉内所产生的微波不是电磁波，而是波长很短的机械波

选C　变化的磁场、电场才能产生电磁波，A错误；

电磁波的传播速度与介质有关，B错误；

电磁波能够携带信号，用于通讯、广播等，C正确；

微波炉内的微波是波长较短的电磁波，D错误。

二、非选择题（共2小题，共20分）

7．（10分）有波长分别为290m、397m、566m的无线电波同时传向收音机的接收天线，当把收音机的调谐电路的频率调到756kHz时：

（1）哪种波长的无线电波在收音机中激起的感应电流最强？

（2）如果想接收到波长为290m的无线电波，应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些，还是旋出一些？

（1）根据公式f＝得

f1＝＝Hz＝1034kHz

f2＝＝Hz＝756kHz

f3＝＝Hz＝530kHz

所以波长为397m的无线电波在收音机中激起的感应电流最强。

（2）要接收波长为290m的无线电波，应增大调谐电路的固有频率，因此，应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。

（1）397m的无线电波　

（2）旋出一些

8．（10分）某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×

10－4s。

某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图1甲所示，t＝173s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔为10－4s，电磁波的传播速度为c＝3×

108m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？

图1

由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10－4s，甲图发射波和接收波的时间间隔t1＝4×

10－4s，乙图时间间隔t2＝1×

10－4s，所以第一次飞机位置距雷达的距离为s1＝c·

＝6.0×

104m，第二次飞机在雷达正上方，所以飞机高度h＝c·

＝1.5×

104m，所以173s内

飞机飞行的水平距离为s＝＝5.8×

104m，所以v＝＝335m/s。

335m/s