2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 電磁振蕩 電磁波 第3、4講 電磁波譜 電磁波的應(yīng)用 無線電波的發(fā)射、傳播和接收學(xué)案 教科版選修3-4.doc

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第3講　電磁波譜　電磁波的應(yīng)用 第4講　無線電波的發(fā)射、傳播和接收 [目標(biāo)定位]　1.認(rèn)識(shí)電磁波譜，了解電磁波各波段的特性和主要作用.2.了解電磁波的應(yīng)用和在科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中的作用.3.知道有效發(fā)射電磁波的條件，知道調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)、電諧振等概念． 一、電磁波譜　電磁波的應(yīng)用 1．電磁波譜：按波長(或頻率)的順序把所有電磁波排列起來． 2．電磁波的應(yīng)用 (1)無線電波：波長從幾毫米到幾十千米． (2)紅外線：波長位于微波和可見光之間的電磁波． 應(yīng)用：熱作用，紅外線脈沖信號(hào)，用來遙控電視機(jī)、錄像機(jī)和空調(diào)機(jī)，利用物體發(fā)射紅外線做紅外線遙感． (3)紫外線：波長比最短波長的可見光(紫光)還短的電磁波． 應(yīng)用：殺細(xì)菌、消毒、激發(fā)熒光做防偽標(biāo)志． (4)X射線：波長比紫外線還短的電磁波． 應(yīng)用：醫(yī)用透視． (5)γ射線：比X射線波長更短的電磁波． 應(yīng)用：工業(yè)探傷，殺死病態(tài)細(xì)胞(γ刀)． 二、無線電波的發(fā)射、傳播和接收 1．無線電波的發(fā)射 (1)要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有如下特點(diǎn)： 第一，振蕩電路產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分布到廣大的開放空間中，才能有效地把電磁場(chǎng)的能量傳播出去． 第二，要有足夠高的振蕩頻率． (2)載波：用來“運(yùn)載”信號(hào)的高頻等幅波． (3)調(diào)制：把傳遞的信號(hào)“加”到載波上的過程． 分類 2．無線電波的傳播 (1)地波：沿地球表面空間傳播的無線電波． 適用于能夠繞過地面障礙物的長波、中波和中短波． 短波和微波不宜用地波傳播． (2)天波：依靠電離層的反射來傳播的無線電波． 適用于不易吸收和穿過電離層而易被電離層反射的短波． 實(shí)驗(yàn)證明：微波易穿過電離層進(jìn)入太空，長波易被電離層吸收掉． (3)直線傳播：沿直線傳播的電磁波，叫做空間波或視波．適用于微波． 3．無線電波的接收 (1)原理：電磁波在傳播過程中如果遇到導(dǎo)體，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流．因此空中的導(dǎo)體可以用來接收電磁波． (2)電磁諧振(電諧振)：當(dāng)振蕩電路的固有頻率跟傳播來的電磁波的頻率相等時(shí)，電路中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)． (3)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程． 調(diào)諧電路：能夠調(diào)諧的接收電路． 想一想　在我們周圍彌漫著各種電臺(tái)、電視臺(tái)及無線電設(shè)備發(fā)出的電磁波，我們?nèi)粝胧章犇骋浑娕_(tái)的廣播時(shí)，需要調(diào)節(jié)收音機(jī)的旋鈕選臺(tái)，你知道“選臺(tái)”的作用嗎？ 答案　“選臺(tái)”是為了使想收聽的某一電臺(tái)發(fā)射的電磁波的頻率與收音機(jī)的接收電路的固有頻率相同. 一、各種電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 電磁波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 倫琴射線(X射線) γ射線 頻率(Hz) 由左向右，頻率變化由小到大 真空中波長 由左向右，波長變化由長到短 特性 波動(dòng)性強(qiáng) 熱作用強(qiáng) 感光性強(qiáng) 化學(xué)作用，熒光效應(yīng) 穿透力強(qiáng) 穿透力最強(qiáng) 用途 通信、廣播、導(dǎo)航 加熱、遙測(cè)、遙感、紅外攝像、紅外制導(dǎo) 照明、照相等　 日光燈、殺菌消毒、治療皮膚病等 檢查、探測(cè)、透視、治療　 探測(cè)、治療 例1　(多選)在電磁波中，波長按從長到短排列的是(　　) A．無線電波、可見光、紅外線 B．無線電波、可見光、γ射線 C．紅光、黃光、綠光 D．紫外線、X射線、γ射線 解析　電磁波譜按波長從長到短排列順序依次是無線電波→紅外線→可見光(紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫)→紫外線→X射線→γ射線，由此可知B、C、D選項(xiàng)正確． 答案　BCD 例2　關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說法正確的是(　　) A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體 B．過強(qiáng)的紫外線照射有利于人的皮膚健康 C．電磁波中頻率最大的為γ射線，最容易用它來觀察衍射現(xiàn)象 D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光 解析　X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線沒有，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；過強(qiáng)的紫外線照射對(duì)人的皮膚有害，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電磁波中頻率最大的為γ射線，其波長最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤． 答案　D 二、無線電波的發(fā)射、傳播和接收 1．無線電波的發(fā)射、傳播和接收過程 2．對(duì)概念的理解 (1)“調(diào)幅”和“調(diào)頻”都是調(diào)制過程，解調(diào)是調(diào)制的逆過程． (2)電諧振就是電磁振蕩中的“共振”． (3)調(diào)諧與電諧振不同，電諧振是一個(gè)物理現(xiàn)象，而調(diào)諧則是一個(gè)操作過程． 例3　要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應(yīng)該采取的措施是(　　) A．增加輻射波的波長 B．使振蕩電容的正對(duì)面積足夠小 C．減小電容器兩極板間的距離 D．增加回路中的電容和電感 解析　研究表明頻率越高，電磁波發(fā)射本領(lǐng)越大，電磁場(chǎng)應(yīng)盡可能擴(kuò)散到周圍空間，形成開放電路．f＝，C＝，要使f增大，應(yīng)減小L或C，只有B符合題意． 答案　B 借題發(fā)揮　f＝和C＝這兩個(gè)公式是分析這類問題的基礎(chǔ)．由C＝可清楚判斷影響電容C大小的因素，同時(shí)也應(yīng)清楚影響自感系數(shù)L大小的因素，如增大自感線圈的匝數(shù)可增大自感系數(shù)L，將鐵芯取走可減小自感系數(shù)L等．再由公式f＝進(jìn)行綜合分析即可． 例4　(多選)關(guān)于電磁波的接收，下列說法正確的是(　　) A．當(dāng)處于電諧振時(shí)，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 B．當(dāng)處于電諧振時(shí)，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 C．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過耳機(jī)就可以聽到聲音了 D．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過檢波、放大，通過耳機(jī)才可以聽到聲音 解析　當(dāng)處于電諧振時(shí)，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，只不過頻率跟諧振電路固有頻率相等的電磁波，在接收電路中激發(fā)的感應(yīng)電流最強(qiáng)．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，要再經(jīng)過檢波(也就是調(diào)制的逆過程)、放大，通過耳機(jī)才可以聽到聲音，故正確答案為A、D． 答案　AD 電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 1．下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運(yùn)用的物理現(xiàn)象，請(qǐng)將相應(yīng)的字母填寫在運(yùn)用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上． (1)X光機(jī)，________. (2)紫外線燈，________. (3)理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好，這里的“神燈”是利用________． A．光的全反射 B．紫外線具有很強(qiáng)的熒光作用 C．紫外線具有殺菌消毒作用 D．X射線的很強(qiáng)的貫穿力 E．紅外線具有顯著的熱效應(yīng) F．紅外線波長較長，易發(fā)生衍射 解析　(1)X光機(jī)是用來透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強(qiáng)穿透力的電磁波，但又不能對(duì)人體造成太大的傷害，因此采用了穿透能力比較強(qiáng)又不會(huì)給人體造成太大的傷害的X射線，故選擇D． (2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，故選擇C． (3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進(jìn)局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快，因此選擇E. 答案　(1)D　(2)C　(3)E 無線電波的發(fā)射、傳播和接收 2．(多選)關(guān)于無線電波的發(fā)射過程，下列說法正確的是(　　) A．必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 B．必須使信號(hào)產(chǎn)生電諧振 C．必須把傳輸信號(hào)加到高頻電流上 D．必須使用開放回路 解析　電磁波的發(fā)射過程中，一定要對(duì)低頻輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制．為了有效地向外發(fā)射電磁波，必須用開放電路發(fā)射，A、C、D正確；而產(chǎn)生電諧振的過程是在接收無線電波，B不正確． 答案　ACD 3．圖1中A為某火箭發(fā)射場(chǎng)，B為山區(qū)，C為城市．發(fā)射場(chǎng)正在進(jìn)行某型號(hào)火箭的發(fā)射試驗(yàn)．為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實(shí)況，在發(fā)射場(chǎng)建立了發(fā)射臺(tái)用于發(fā)射廣播與電視信號(hào)．已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為550 m，而傳輸電視信號(hào)所用的電磁波波長為0.566 m，為了不讓山區(qū)擋住信號(hào)的傳播，使城市居民能收聽和收看火箭發(fā)射的實(shí)況，必須通過建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)________(填“無線電廣播信號(hào)”或“電視信號(hào)”)．這是因?yàn)開________________________________________________________________________. 圖1 解析　從題中知，傳輸無線電廣播所用電磁波波長為550 m，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，已知該電磁波很容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，繞過山坡而傳播到城市所在的C區(qū)，因而不需要轉(zhuǎn)發(fā)裝置．電視信號(hào)所用的電磁波波長為0.566 m，其波長很短，衍射現(xiàn)象很不明顯，幾乎沿直線傳播，能傳播到山頂卻不能傳播到城市所在的C區(qū)，要想使信號(hào)傳到C區(qū)，必須通過建在山頂?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)． 答案　電視信號(hào)　電視信號(hào)波長短，沿直線傳播，受山坡阻擋，不易衍射 題組一　電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 1．根據(jù)電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯(cuò)重疊，且頻率順序由大到小排列的是(　　) A．微波、紅外線、紫外線 B．γ射線、X射線、紫外線 C．紫外線、可見光、紅外線 D．紫外線、X射線、γ射線 解析　紅外線與紫外線在電磁波譜中不相鄰，更不會(huì)頻率重疊，A錯(cuò)誤；紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們?nèi)唛g有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯(cuò)誤；在電磁波譜中紫外線、X射線、γ射線有重疊，γ射線頻率最大，紫外線頻率最小，故B正確，D錯(cuò)誤． 答案　B 2．(多選)關(guān)于紅外線的作用與來源，下列說法正確的是(　　) A．一切物體都在不停地輻射紅外線 B．紅外線具有很強(qiáng)的熱作用和熒光作用 C．紅外線的顯著作用是化學(xué)作用 D．紅外線容易穿透云霧 解析　熒光作用和化學(xué)作用都是紫外線的重要用途，紅外線波長比可見光長，繞過障礙物能力強(qiáng)，易穿透云霧，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤． 答案　AD 3．(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是(　　) A．電磁波中最容易表現(xiàn)干涉、衍射現(xiàn)象的是無線電波 B．紅外線、紫外線、可見光是原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的 C．倫琴射線和γ射線是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的 D．紅外線最顯著的作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線 解析　波長越長的無線電波的波動(dòng)性越顯著，干涉、衍射現(xiàn)象越容易發(fā)生；從電磁波產(chǎn)生的機(jī)理可知γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的；不論物體溫度高低如何，都能輻射紅外線，物體的溫度越高，它輻射的紅外線越強(qiáng)．由此可知答案為A、B． 答案　AB 4．(多選)關(guān)于電磁波的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　) A．醫(yī)院里常用X射線對(duì)病房和手術(shù)進(jìn)行消毒 B．工業(yè)上利用γ射線檢查金屬部件內(nèi)有無砂眼或裂縫 C．刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因?yàn)樽贤饩€波長短，分辨率高 D．衛(wèi)星用紅外遙感技術(shù)拍攝云圖照片，因?yàn)榧t外線衍射能力較強(qiáng) 解析　醫(yī)院里用紫外線殺菌消毒，A錯(cuò)誤，B、C、D均正確． 答案　BCD 5．間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機(jī)，可用來探測(cè)軍用和民用目標(biāo)．這種照相機(jī)能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車，即使車已離開，也瞞不過它．這種遙感照相機(jī)敏感的電磁波屬于(　　) A．可見光波段 B．紅外波段 C．紫外波段 D．X射線波段 答案　B 題組二　無線電波的發(fā)射、傳播和接收 6．(多選)調(diào)諧電路的可變電容器的動(dòng)片從完全旋入到完全旋出仍接收不到較高頻率電臺(tái)發(fā)出的電信號(hào)，要收到電信號(hào)，應(yīng)(　　) A．增大調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) B．加大電源電壓 C．減少調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) D．將線圈中的鐵芯取走 解析　當(dāng)調(diào)諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率時(shí)，發(fā)生電諧振才能較好地收到電臺(tái)信號(hào)．本題中收不到信號(hào)的原因是調(diào)諧電路的固有頻率低，由f＝知，在C無法再調(diào)節(jié)的情況下，可減小L以提高f，故選項(xiàng)C、D正確． 答案　CD 7．(多選)下列關(guān)于無線電廣播要對(duì)電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因的說法中正確的是(　　) A．經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強(qiáng) B．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快 C．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長不變 D．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長改變 解析　調(diào)制是把要發(fā)射的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩波上去，頻率越高，傳播信息能力越強(qiáng)，A對(duì)；電磁波在空氣中以接近光速傳播，B錯(cuò)；由v＝λf，知波長與波速和傳播頻率有關(guān)，C錯(cuò)，D對(duì)． 答案　AD 8．電視機(jī)的室外天線能把電信號(hào)接收下來，是因?yàn)?　　) A．天線處于變化的電磁場(chǎng)中，天線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過饋線輸送到LC電路 B．天線只處于變化的電場(chǎng)中，天線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過饋線輸送到LC電路 C．天線只是有選擇地接收某臺(tái)電信號(hào)，而其他電視臺(tái)信號(hào)則不接收 D．天線將電磁波傳輸?shù)诫娨暀C(jī)內(nèi) 解析　處于變化的電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體，都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 答案　A 9．把經(jīng)過調(diào)制的高頻電流變?yōu)閳D像信號(hào)電流的過程叫做(　　) A．調(diào)幅 B．調(diào)頻 C．調(diào)諧 D．解調(diào) 解析　解調(diào)是調(diào)制的逆過程，該過程把所載的聲音信號(hào)或圖像信號(hào)從高頻電流中還原出來． 答案　D 10．(多選)雷達(dá)采用微波的原因是(　　) A．微波具有很高的頻率 B．微波具有直線傳播的特性 C．微波的反射性強(qiáng) D．微波比其他無線電波(長波、中波、短波等)傳播的距離更遠(yuǎn) 解析　雷達(dá)采用微波，是利用微波的頻率高，不容易發(fā)生衍射，具有很好的直線傳播的特性和反射性強(qiáng)的特點(diǎn)，所以A、B、C均正確；因微波不易發(fā)生衍射，傳播的距離不一定比無線電波的長波、中波、短波段遠(yuǎn)，因此D不正確． 答案　ABC 11．下列哪些設(shè)備內(nèi)部只有接收裝置而無發(fā)射裝置(　　) A．發(fā)報(bào)機(jī) B．對(duì)講機(jī) C．收音機(jī) D．雷達(dá) 解析　收音機(jī)只能接收無線電波，不能發(fā)射無線電波． 答案　C 12．(多選)關(guān)于電磁波的傳播，下列敘述正確的是(　　) A．電磁波頻率越高，越易沿地面?zhèn)鞑? B．電磁波頻率越高，越易沿直線傳播 C．電磁波在各種介質(zhì)中傳播波長恒定 D．只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，就可把信號(hào)傳遍全世界 解析　電磁波的頻率越高，波長就越小，不容易發(fā)生衍射，越難以沿地面?zhèn)鞑?，越易沿直線傳播，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；電磁波在各種介質(zhì)中傳播不同，但是頻率不變，則波長不同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，就可把信號(hào)傳遍全世界，選項(xiàng)D正確． 答案　BD 13．在波長分別為290 m、397 m、566 m的無線電波同時(shí)傳向收音機(jī)的接收天線，當(dāng)把收音機(jī)的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到756 kHz時(shí)， (1)哪種波長的無線電波在收音機(jī)激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)？ (2)如果想接收到波長為290 m的無線電波，應(yīng)該把調(diào)諧電路中可變電容器的動(dòng)片旋進(jìn)一些，還是旋出一些？ 解析　(1)根據(jù)公式f＝，設(shè)波長分別為290 m、397 m、566 m的無線電波的頻率分別為f1、f2、f3則有 f1＝＝ Hz≈1 034 kHz f2＝＝ Hz≈756 kHz f3＝＝ Hz≈530 kHz. 所以波長為397 m的無線電波在收音機(jī)中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)． (2)要接收波長為290 m的無線電波，應(yīng)增大調(diào)諧電路的固有頻率．因此，應(yīng)把調(diào)諧電路中可變電容器的動(dòng)片旋出一些． 答案　(1)波長為397 m的無線電波　(2)旋出一些