精品导学物理选修34讲义浙江专版第十四章 电磁波 34Word版.docx

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精品导学物理选修34讲义浙江专版第十四章电磁波34Word版

3　电磁波的发射和接收

4　电磁波与信息化社会

知识内容

考试要求

电磁波的发射和接收

b

电磁波与信息化社会

a

课时要求

1.知道有效发射无线电波的两个条件.2.知道调制、调谐、解调的含义，了解调幅和调谐的主要区别.3.知道电磁波在现代信息传输中的作用，了解电视信号、移动电话信号的传输过程．知道电磁波频率越高，相同时间内传递的信息量越大．知道雷达测定物体位置的工作原理.

一、电磁波的发射

[导学探究]

1．如今在我们周围的空间充满了各种频率不同、传递信息各异的电磁波，这些电磁波是如何发射出去的呢？

收音机、电视机、手机又是如何检索出需要的电磁波呢？

答案　电磁波由巨大的开放电路发射出去，通过调谐选择出需要的电信号，通过解调还原出声音或图象．

2．电台发射的信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是加载到高频信号中发射呢？

答案　因为声音信号频率较低，而电台要向远处发射电磁波，要有足够高的频率．实践证明，只有提高发射频率才能提高发射能力，高频电磁波就是那些有用的低频信号的“载体”，而把频率较低的信号加载到高频电磁波上去的过程就是调制过程．

[知识梳理]　电磁波的发射条件及发射过程

1.要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：

（1）要有足够高的振荡频率：

频率越高，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，因此采用开放电路．

2．实际应用中的开放电路：

线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连．

3．电磁波的调制：

在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术．

调制包括：

（1）调幅（AM）：

使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方法．

（2）调频（FM）：

使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方法．

二、电磁波的接收

[导学探究]　按图1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1～2厘米，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1

答案　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，两框的自感系数接近相等，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．

[知识梳理]　电磁波的接收原理及接收过程

（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，导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线．

（2）电谐振：

接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，相当于机械振动中的共振．

①调谐：

使接收电路产生电谐振的过程．

②解调：

把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波．

三、电磁波与信息化社会

[导学探究]　无线电视、雷达和手机都是通过电磁波传递信息的，请你从它们自身是否是发射端或接收端来看，它们有什么不同？

答案　电视仅仅是接收端，它接收来自电视台的无线电信号；雷达自身发射信号，遇到障碍物反射回来，通过接收反射波来确定物体的位置，因此雷达既是发射端又是接收端．手机接收来自基站的信号，同时它又向基站发射信号，它既是接收端也是发射端．

[知识梳理]

1．电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输．电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大．

2．摄像管的作用是摄取景物的图像并将其转换为电信号．电视接收机接收电视信号，天线接收到高频信号以后，经调谐、解调，将得到的图像信号送到显像管，伴音信号经解调后送到扬声器．摄像机与电视接收机中电子束扫描频率相等．

3．雷达是利用微波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置的，根据发射无线电波到接收反射波的时间t，确定障碍物的距离l＝

，再根据发射无线电波的方向和仰角，可以确定障碍物的位置．

4．移动电话、因特网也是利用电磁波来传输信息的．

[即学即用]　判断下列说法的正误．

（1）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．（×）

（2）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．（×）

（3）解调就是使声音或图像信号从高频电流中还原出来．（√）

（4）雷达是通过接收障碍物发出的电磁波来确定物体位置的．（×）

一、电磁波的发射

1．要想有效地发射电磁波，应增大电磁波的频率，且使电磁场分布到尽可能大的空间，实际应用中常用地线和天线形成敞开的电容器，和线圈组成高频振荡电路．

2．为发射有用信号，需对电磁波进行调制，把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变．其中使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变叫做调幅（AM）；使高频振荡电流的频率随调制信号而改变叫做调频（FM）．

例1

　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．增加辐射波的波长

B．使振荡电容的正对面积足够小

C．尽可能使电场和磁场靠近些

D．增加回路中的电容和自感系数

答案　B

解析　理论证明，电磁波发射本领与f成正比，电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开放电路．由f＝

，C＝

可知，要使f增大，应减小L或C，只有B符合题意．

二、电磁波的接收

1．调谐实际上就是从众多电磁波中选出我们所需要的电磁波的过程，解调就是把有用信号从高频电流中取出来的过程．

2．无线电波的发射和接收过程如图2所示：

图2

例2

　在图3所示的电路中，C1＝200pF，L1＝40μH，L2＝160μH.

图3

（1）怎样才能使回路2与回路1发生电谐振？

（2）发生电谐振的频率是多少？

答案　

（1）改变可变电容器C2的电容，使得C2为50pF　

（2）1.78MHz

解析　

（1）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，使f2＝f1，

即

＝

C2＝

＝

pF＝50pF.

（2）发生电谐振时的频率

f1＝

≈1.78×106Hz＝1.78MHz

三、电磁波与信息化社会

例3

　关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A．电磁波可能是横波，也可能是纵波，而且能发生干涉、衍射现象

B．由麦克斯韦电磁场理论可知，振荡电场一定会产生同频率的振荡磁场

C．电视机天线接收到高频信号后，依次经过解调、调谐，再将图像信号送到显像管

D．雷达利用无线电波的微波波段来测定物体位置，它利用了微波的反射性质

答案　BD

解析　电磁波是横波，选项A错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，振荡电场一定会产生同频率的振荡磁场，选项B正确；电视机天线接收到高频信号后，要先调谐，后解调，选项C错误；雷达利用无线电波的微波波段来测定物体位置，利用了微波可以发生反射的性质，选项D正确．

1．（电磁波的发射）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，B错误．

2．（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．匝数多的电感系数大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波

B．匝数多的自感系数小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波

C．匝数少的自感系数小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波

D．匝数少的自感系数大，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自感系数大、匝数少疏绕的线圈自感系数小，可排除B、D选项；根据T＝2π

，自感系数越大，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，可知A选项是正确的．

3．（电磁波与信息化社会）雷达是利用无线电波来探测目标方向和距离的一种装置，雷达的天线犹如喊话筒，能使电脉冲的能量集中向某一方向发射；接收机的作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机所发出电脉冲的回波．测速雷达主要是利用多普勒效应原理，可由回波的频率改变数值，计算出目标与雷达的相对速度．以下说法正确的是（　　）

A．雷达发射的是不连续的电磁波

B．雷达用的是微波波段的无线电波

C．目标离雷达天线而去时，反射信号频率将高于发射信号频率

D．目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率

答案　ABD

解析　雷达发射的是不连续的电磁波，采用微波进行发射．根据多普勒效应，当目标离雷达天线而去时反射信号频率低于发射信号频率，当目标向雷达天线靠近时反射信号频率高于发射信号频率，故选项A、B、D对，选项C错．

考点一　电磁波的发射和接收

1．为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路，还可以（　　）

A．增大电容器极板间的距离

B．减少电容器极板的正对面积

C．减小线圈的匝数

D．采用低频振荡电流

答案　ABC

解析　采用开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法：

由f＝

、C＝

可知，选项A、B、C正确．

2．关于调制的作用，下列说法正确的是（　　）

A．调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波上去

B．调制可以把低频信号的信息加载到高频电磁波的振幅上去

C．调制可以把低频信号的信息加载到高频电磁波的频率上去

D．调制是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去

答案　ABC

3．（2018·诸暨中学期中）电台将播音员的声音转换成如图1甲所示的电信号，再加载到如图乙所示的高频载波上，使高频载波的振幅随电信号改变（如图丙所示）．这种调制方式称为（　　）

图1

A．调频B．调谐

C．调幅D．解调

答案　C

解析　使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，而调制共有两种方式：

一种是调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，即通过改变电磁波的频率来实现信号加载．由题意可知高频载波的振幅随电信号改变，故为调幅，故选C.

4．在无线电广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，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

答案　A

解析　调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A对．

5．（2018·泰顺高二检测）一台简单的无线电收音机，除了天线外，至少必须具备的电路是（　　）

A．调制电路B．调谐电路

C．检波电路D．等幅振荡电路

答案　BC

解析　调制电路是将声音信号加载到电磁波上，A错误；调谐电路是接收相同频率的电磁波，B正确；检波电路是将声音信号从电信号中分离出来，C正确；振荡电路是发射装置的组成部分，D错误．

6．（2017·仙居县宏大中学高二第二学期期中）从接收到的高频振荡电流中分离出所携带的有用信号的过程叫做（