版高中物理 第三章4 无线电波的发射传播和接收学案 教科版选修34.docx
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版高中物理第三章4无线电波的发射传播和接收学案教科版选修34
3 电磁波谱 电磁波的应用
4 无线电波的发射、传播和接收
[学习目标] 1.了解电磁波各波段的特性和主要作用.2.了解电磁波的应用和在科技、经济、社会发展中的作用.3.了解有效地发射电磁波的两个条件.4.了解调制、调幅、调谐、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用.
一、电磁波谱 电磁波的应用
1.电磁波谱:
按电磁波的波长(或频率)大小的顺序把它们排列成谱,叫电磁波谱.
2.电磁波谱按频率由小到大的顺序排列为:
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.
3.不同电磁波的特点及应用
(1)无线电波:
波长从几毫米到几十千米的电磁波,主要用于通信、广播及其他信号传播.
(2)红外线
①波长位于微波和可见光之间的电磁波.波长范围在760~106nm.
②应用:
遥控、加热、红外线遥感.
(3)紫外线
①波长范围为60~400nm,不能直接引起视觉.
②应用:
灭菌消毒、防伪、有助于人体合成维生素D.
(4)X射线
①波长比紫外线还短的电磁波.
②特点:
穿透能力很强.
③应用:
可用于检查工件内部、透视人体.
(5)γ射线
①比X射线波长更短的电磁波,波长范围为10-7~10-2nm.
②特点:
穿透能力比X射线更强.
③应用:
工业上进行探伤;医学上用来治疗某些疾病.
二、无线电波的发射、传播和接收
1.无线电波的发射
(1)要有效地发射电磁波,振荡电路必须具有如下特点:
第一,振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的开放空间中,才能有效地把电磁场的能量传播出去.
第二,要有足够高的振荡频率.
(2)载波:
用来“运载”信号的高频等幅波.
(3)调制:
把传递的信号“加”到载波上的过程.
分类
2.无线电波的传播
(1)地波:
沿地球表面空间传播的无线电波.
适用于能够绕过地面障碍物的长波、中波和中短波.
短波和微波不宜用地波传播.
(2)天波:
依靠电离层的反射来传播的无线电波.
适用于不易吸收和穿过电离层而易被电离层反射的短波.
实验证明:
微波易穿过电离层进入太空,长波易被电离层吸收.
(3)直线传播:
沿直线传播的电磁波,叫做空间波或视波.适用于微波.
3.无线电波的接收
(1)接收原理
电磁波在传播过程中如果遇到导体,会在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)电磁谐振(电谐振)
当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率相等时,电路中激起的感应电流最强.
(3)调谐
使接收电路产生电谐振的过程.
调谐电路:
能够调谐的接收电路.
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线.( × )
(2)X射线的穿透本领比γ射线更强.( × )
(3)低温物体不能辐射红外线.( × )
(4)调制就是将低频信号变成高频信号,再放大后直接发射出去.( × )
(5)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.( × )
一、电磁波谱及电磁波的应用
[导学探究] 电磁波在我们日常生活中应用相当广泛,请你列举出下列电磁波的应用实例:
无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线.
答案 无线电波:
收音机;微波:
电视机;红外线:
电烤箱;可见光:
人可看到的五彩缤纷的世界;紫外线:
紫外线消毒灯;X射线:
X光透视机;γ射线:
γ射线探伤.
[知识深化] 不同电磁波的特性及应用
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
由左向右,频率变化为由小到大
真空中
的波长
由左向右,波长变化为由长到短
特性
波动性强
热效应强
感光性强
化学作用、荧光效应强
穿透力强
穿透力最强
用途
通信、广播、天体物理研究
遥控、遥测、加热、红外摄像、红外制导
照明、照相等
日光灯、杀菌、防伪、治疗皮肤病等
检查、探测、透视、治疗
探测、治疗
例1 (多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.波长不同的电磁波在本质上完全相同
B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象
C.电磁波谱的频带很宽
D.电磁波的波长很短,所以电磁波的频带很窄
答案 AC
解析 电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的,只是波长或频率不同而已.其中最长波长是最短波长的1021倍以上.
例2 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射线有很强的贯穿力
E.红外线具有显著的热效应
F.红外线波长较长,易发生衍射
答案
(1)D
(2)C (3)E
解析
(1)X光机是用来透视人体内部器官的,因此需要具有较强穿透力的电磁波,但又不能对人体造成太大的伤害,因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线,故选择D.
(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,故选择C.
(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,故选择E.
二、无线电波的发射、传播和接收
[导学探究]
1.将两根铝管固定在感应圈的两极上,另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上,如图1所示.
图1
(1)接通感应圈电源,把手柄上两铝管平行靠近感应圈上的两铝管,你看到了什么现象?
为什么?
(2)当把感应圈两极上的铝管拆掉后,把手柄靠近感应圈有什么现象?
为什么?
答案
(1)微安表头指针偏转,这说明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.
2.按图2甲,用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖泡的矩形接收框)、感应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1~2cm,氖泡两端分别接莱顿瓶的内壁和外壁金属箔.感应圈高压加在铜球和莱顿瓶上,使铜球间发生火花放电.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,观察接收框上的氖泡发光有什么变化?
并说明产生这种变化的原因.
图2
答案 在滑动杆向左滑动的过程中,氖泡先变亮后变暗,当矩形接收框与发射框的大小差不多时氖泡最亮.当两框大小相等时,两框的电感接近相等,与莱顿瓶组成的LC振荡电路的固有频率接近相同,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,所以氖泡最亮.
[知识深化]
1.无线电波的发射、传播和接收过程
2.对概念的理解
(1)“调幅”和“调频”都是调制过程,解调是调制的逆过程.
(2)电谐振就是电磁振荡中的“共振”.
(3)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.
例3 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.增大电容器极板的正对面积
B.增大电容器极板的间距
C.增大电感线圈的匝数
D.提高供电电压
答案 B
解析 要增大无线电波向空间发射电磁波的能力,必须提高其振荡频率,即减小L或减小C,要减小L,可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法;要减小C,可采用增大板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法.故B正确.
例4 在如图3所示的电路中,C1=200pF,L1=40μH,L2=160μH,怎样才能使回路2与回路1发生电谐振?
发生电谐振的频率是多少?
图3
答案 改变可变电容器C2的电容,使得C2为50pF 1.78MHz
解析 发生电谐振时两电路的固有频率相同.为使回路发生电谐振,可以改变可变电容器C2的电容,使f2=f1,
即=
C2==pF=50pF.
发生电谐振时的频率
f1=≈1.78×106Hz=1.78MHz.
1.(电磁波谱)(多选)在电磁波中,波长按从长到短排列的是( )
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
答案 BCD
解析 电磁波谱按波长从长到短的排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X射线→γ射线,由此可知B、C、D选项正确.
2.(电磁波的特性及应用)电磁波在生活中有着广泛的应用.不同波长的电磁波具有不同的特性,因此也有不同的应用.下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是( )
A.雷达——无线电波
B.手机——X射线
C.紫外消毒柜——紫外线
D.遥控器——红外线
答案 B
解析 雷达是利用了无线电波中的微波来测距的,故A正确;手机采用的是无线电波,X射线对人体有很大的辐射,不能用于通信,故B错误;紫外线具有很强的消毒作用,故C正确;红外线可以用于遥控器,故D正确.
3.(电磁波的发射)(多选)关于电磁波的发射过程,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
答案 ACD
解析 在电磁波的发射过程中,一定要对低频输入信号进行调制,把传输信号加到高频电流上.为了有效地向外发射电磁波,必须使用开放电路,A、C、D正确.而产生电谐振是在接收过程中,B错误.
4.(电磁波的接收)一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波,打开收音机后盖,在磁棒上能看到两组线圈,其中一组是用细线密绕匝数多的线圈,另一组是用粗线疏绕匝数少的线圈,由此可以判断( )
A.匝数多的电感大,使调谐电路的固有频率较小,故用于接收中波
B.匝数多的电感小,使调谐电路的固有频率较大,故用于接收短波
C.匝数少的电感小,使调谐电路的固有频率较小,故用于接收中波
D.匝数少的电感大,使调谐电路的固有频率较大,故用于接收短波
答案 A
解析 根据匝数多密绕的线圈电感大、匝数少疏绕的线圈电感小,可排除B、D选项;根据T=2π,电感越大,回路固有频率越小,可排除C选项;根据c=fλ,频率越小,波长越长,故用细线密绕匝数多的线圈可用于接收中波,可知A选项是正确的.
一、选择题
考点一 电磁波谱
1.一种电磁波入射到半径为1m的孔上,可发生明显的衍射现象,这种波属于电磁波谱中的( )
A.可见光B.γ射线C.无线电波D.紫外线
答案 C
2.在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率大小关系是( )
A.红外线的频率最大,可见光的频率最小
B.伦琴射线的频率最大,红外线的频率最小
C.可见光的频率最大,红外线的频率最小
D.伦琴射线的频率最大,可见光的频率最小
答案 B
解析 在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)按照频率从大到小的排列顺序是:
伦琴射线(X射线)、可见光、红外线.
考点二 电磁波的特性及应用
3.(多选)电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱,如图1所示,由电磁波谱可知( )
图1
A.微波是不可见光
B.红外线可以灭菌消毒
C.紫外线的波长比红外线长
D.X射线能穿透物质,可以用来检查生物骨骼结构
答案 AD
解析 微波是不可见光,选项A正确;红外线有热效应,紫外线可以灭菌消毒,选项B错误;紫外线的波长比红外线短,选项C错误;X射线穿透性强,可以用来检查生物骨骼结构,选项D正确.
4.关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是( )
A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息
B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C.太阳光