2018-2019版高中物理 第3章 電磁場(chǎng)與電磁波 3.3 無(wú)線(xiàn)電通信 3.4 電磁波家族學(xué)案 滬科版選修3-4.doc
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3.3 無(wú)線(xiàn)電通信 3.4 電磁波家族 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射、傳播和接收過(guò)程.2.知道調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、檢波等概念.3.了解電磁波譜的組成及其各波段的主要特征和主要作用． 1．無(wú)線(xiàn)電廣播信號(hào)的發(fā)射過(guò)程：首先把要傳遞的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并通過(guò)音頻放大器進(jìn)行放大，成為被加載的低頻信號(hào)(填“高”或“低”)，然后將此低頻音頻信號(hào)通過(guò)調(diào)制器加載到由振蕩器產(chǎn)生的等幅的高頻信號(hào)上，成為隨音頻信號(hào)而改變的高頻信號(hào)，再通過(guò)高頻放大器進(jìn)行放大，最后通過(guò)發(fā)射塔發(fā)射出去． 2．無(wú)線(xiàn)電波主要有地波傳播、天波傳播和直線(xiàn)傳播三種方式．中、長(zhǎng)波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能繞過(guò)地球表面上的一般障礙物，即能夠沿著地球表面進(jìn)行傳播，因此采用地波傳播；短波和部分中波的波長(zhǎng)較短，難以繞過(guò)地球表面上的一般障礙物，但能夠在地面與電離層之間來(lái)回反射進(jìn)行傳播，因此采用天波傳播；而微波的波長(zhǎng)更短，并且能夠穿透電離層，只能從發(fā)射天線(xiàn)直接傳播到接收天線(xiàn)，因此采用直線(xiàn)傳播． 3．電磁波是一個(gè)大家族，把各種電磁波按波長(zhǎng)或頻率的大小順序排列起來(lái)，就組成了電磁波譜．若按波長(zhǎng)由大到小的順序排列劃分為無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)六個(gè)波段. 一、無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射 [導(dǎo)學(xué)探究] 1．廣播電臺(tái)的播音是聲音信號(hào)，這種信號(hào)是怎樣發(fā)射出去的呢？ 答案 先將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再將此電信號(hào)加載到高頻信號(hào)上，并進(jìn)行放大，再通過(guò)發(fā)射塔發(fā)射出去． 2．你知道無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式有哪些嗎？ 答案 地波、天波和直線(xiàn)傳播等． [知識(shí)深化] 1．無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射 (1)無(wú)線(xiàn)電廣播信號(hào)的發(fā)射過(guò)程 (2)振蕩器的作用：產(chǎn)生等幅高頻信號(hào) (3)無(wú)線(xiàn)電波的調(diào)制 調(diào)制 在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù) 分類(lèi) 調(diào)幅(AM) 使高頻電磁波的振幅隨低頻信號(hào)的強(qiáng)弱而變化的調(diào)制技術(shù) 調(diào)頻(FM) 使高頻電磁波的頻率隨低頻信號(hào)的強(qiáng)弱而變化的調(diào)制技術(shù) 2.無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式 無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式與其自身的波長(zhǎng)或頻率有關(guān)，主要有地波傳播、天波傳播和直線(xiàn)傳播三種方式． [延伸思考] 電臺(tái)在發(fā)射聲音信號(hào)時(shí)，為什么不直接將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)直接發(fā)射出去，而是加載到高頻信號(hào)中發(fā)射呢？ 答案 電臺(tái)向外發(fā)射電磁波，要有足夠高的頻率，而聲音信號(hào)頻率較低，直接把其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后，發(fā)射能力較低，而把它加載到高頻信號(hào)中后就提高了發(fā)射能力． 例1 (多選)下列對(duì)無(wú)線(xiàn)電廣播要對(duì)電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因的說(shuō)法正確的是( ) A．經(jīng)過(guò)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(guò)調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快 C．經(jīng)過(guò)調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長(zhǎng)不變 D．經(jīng)過(guò)調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長(zhǎng)改變 答案 AD 解析 調(diào)制是把要發(fā)射的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩上去，頻率越高，傳播信息能力越強(qiáng)，A對(duì)；電磁波在空氣中傳播速度不變，B錯(cuò)；由v＝λf知，波長(zhǎng)與波速和傳播頻率有關(guān)，C錯(cuò)，D對(duì)． 例2 (多選)關(guān)于無(wú)線(xiàn)電波的傳播，下列說(shuō)法正確的是( ) A．發(fā)射出去的電磁波，可以傳到無(wú)限遠(yuǎn)處 B．無(wú)線(xiàn)電波遇到導(dǎo)體，就可以在導(dǎo)體中激起同頻率的振蕩電流 C．波長(zhǎng)越短的電磁波，越接近直線(xiàn)傳播 D．移動(dòng)電話(huà)是利用無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行通信的 答案 BCD 解析 無(wú)線(xiàn)電波在傳播過(guò)程中，遇到障礙物就會(huì)被吸收一部分，遇到導(dǎo)體，會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流(同頻率的振蕩電流)，故A錯(cuò)、B正確．波長(zhǎng)越短，傳播方式越接近光的直線(xiàn)傳播，移動(dòng)電話(huà)發(fā)射或接收的電磁波屬于無(wú)線(xiàn)電波的高頻段．故C、D正確． 二、無(wú)線(xiàn)電波的接收 [導(dǎo)學(xué)探究] 在我們周?chē)鷱浡鞣N電臺(tái)、電視臺(tái)及無(wú)線(xiàn)電設(shè)備發(fā)出的電磁波，我們?nèi)粝胧章?tīng)某一電臺(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(tīng)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． [知識(shí)深化] 1．無(wú)線(xiàn)電波的接收原理：電磁波在空間的傳播過(guò)程中如果遇到導(dǎo)體，就會(huì)使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此，空間中的導(dǎo)體可以用來(lái)接收電磁波． 2．電諧振與調(diào)諧 (1)電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)的現(xiàn)象． (2)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程．它使我們從諸多電磁波中挑選出某一頻率的電磁波． 3．檢波：從接收到的高頻振蕩信號(hào)中“檢”出所承載的低頻信號(hào)的過(guò)程． 例3 (多選)關(guān)于電磁波的接收，下列說(shuō)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(guò)耳機(jī)就可以聽(tīng)到聲音了 D．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過(guò)檢波、放大，通過(guò)耳機(jī)才可以聽(tīng)到聲音 答案 AD 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(guò)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(guò)檢波(也就是調(diào)制的逆過(guò)程)、放大，通過(guò)耳機(jī)才可以聽(tīng)到聲音，故正確答案為A、D. 三、電磁波譜 [導(dǎo)學(xué)探究] 電磁波是一個(gè)大家庭，在生產(chǎn)、生活中有廣泛的應(yīng)用，你能舉一些應(yīng)用電磁波的例子嗎？ 答案 紅外線(xiàn)攝影、紅外線(xiàn)體溫計(jì)、利用紫外線(xiàn)工作的驗(yàn)鈔機(jī)、微波爐利用微波加熱食物、電視信號(hào)的傳播、醫(yī)學(xué)上的透視…… [知識(shí)深化] 不同電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 電磁波譜 無(wú)線(xiàn)電波 紅外線(xiàn) 可見(jiàn)光 紫外線(xiàn) X射線(xiàn) γ射線(xiàn) 頻率 由左向右，頻率變化為由小到大 真空中波長(zhǎng) 由左向右，波長(zhǎng)變化為由長(zhǎng)到短 特性 波動(dòng)性強(qiáng) 熱效應(yīng)強(qiáng) 感光性強(qiáng) 化學(xué)作用，熒光效應(yīng)強(qiáng) 穿透 力強(qiáng) 穿透力最強(qiáng) 用途 通信廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航 紅外遙感、遙測(cè)、加熱、紅外攝像、紅外制導(dǎo) 照明、照相等 日光燈、殺菌、防偽、治療皮膚病等 檢查、探測(cè)、透視、治療 探測(cè)、治療 例4 下面列出一些醫(yī)療器械的名稱(chēng)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(xiě)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(xiàn)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(xiàn)具有很強(qiáng)的熒光作用 C．紫外線(xiàn)具有殺菌消毒作用 D．X射線(xiàn)的很強(qiáng)的穿透力 E．紅外線(xiàn)具有顯著的熱效應(yīng) F．紅外線(xiàn)波長(zhǎng)較長(zhǎng)，易發(fā)生衍射 答案 (1)D (2)C (3)E 解析 (1)X光機(jī)是用來(lái)透視人體內(nèi)部器官的，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X射線(xiàn)，故選擇D. (2)紫外線(xiàn)燈主要是用來(lái)殺菌的，因此它應(yīng)用的是紫外線(xiàn)的殺菌作用而非熒光作用，故選擇C. (3)“神燈”又稱(chēng)紅外線(xiàn)燈，主要是用于促進(jìn)局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線(xiàn)的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快，故選擇E. 1．世界各地有許多無(wú)線(xiàn)電臺(tái)同時(shí)廣播，用收音機(jī)一次只能收聽(tīng)到某一電臺(tái)的播音，而不是同時(shí)收聽(tīng)到許多電臺(tái)的播音，其原因是( ) A．因?yàn)槭章?tīng)到的電臺(tái)離收音機(jī)最近 B．因?yàn)槭章?tīng)到的電臺(tái)頻率最高 C．因?yàn)榻邮盏降碾娕_(tái)電磁波能量最強(qiáng) D．因?yàn)榻邮盏降碾娕_(tái)電磁波與收音機(jī)調(diào)諧電路的頻率相同，產(chǎn)生了電諧振 答案 D 解析 選臺(tái)就是調(diào)諧過(guò)程，使f固＝f電磁波，在接收電路中產(chǎn)生電諧振激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)． 2．紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波、可見(jiàn)光、γ射線(xiàn)、倫琴射線(xiàn)按波長(zhǎng)由大到小的排列順序是( ) A．無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、倫琴射線(xiàn)、γ射線(xiàn) B．紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波、γ射線(xiàn)、倫琴射線(xiàn) C．γ射線(xiàn)、倫琴射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波 D．紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)，γ射線(xiàn)、倫琴射線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波、可見(jiàn)光 答案 A 3．(多選)下列關(guān)于電磁波譜中各電磁波的應(yīng)用情況，說(shuō)法正確的是( ) A．紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，可以用來(lái)殺菌消毒 B．紫外線(xiàn)的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短，可以用來(lái)殺菌消毒 C．紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，可以用來(lái)測(cè)溫?cái)z影 D．紫外線(xiàn)的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短，可以用來(lái)測(cè)溫?cái)z影 答案 BC 選擇題 1．(多選)關(guān)于無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射過(guò)程，下列說(shuō)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(kāi)放回路 答案 ACD 解析 電磁波的發(fā)射過(guò)程中，一定要對(duì)低頻輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用開(kāi)放電路發(fā)射． 2．(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收，下列說(shuō)法中正確的是( ) A．為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必須是閉合的 B．音頻電流的頻率比較低，不能直接用來(lái)發(fā)射電磁波 C．當(dāng)接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng) D．要使電視機(jī)的屏幕上有圖像，必須要有檢波過(guò)程 答案 BCD 解析 有效發(fā)射電磁波，必須采用開(kāi)放電路和高頻發(fā)射；一般的音頻電流的頻率較低，不能直接用來(lái)發(fā)射電磁波；電磁波接收原理是一種叫電諧振的現(xiàn)象，與機(jī)械振動(dòng)中的共振有些相似；電視機(jī)顯示圖像時(shí)，必須通過(guò)檢波過(guò)程，把有效的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中取出來(lái)，否則就不能顯示．故A錯(cuò)誤，B、C、D正確． 3．(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(xiàn)傳播 C．電磁波在各種介質(zhì)中傳播波長(zhǎng)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 答案 BD 解析 該題考查無(wú)線(xiàn)電波的用途和特點(diǎn)． 由c＝λf可判定：電磁波頻率越高，波長(zhǎng)越短，衍射性越差，不宜沿地面?zhèn)鞑?，而跟光的傳播相似，沿直線(xiàn)傳播，故B對(duì)，A錯(cuò)；電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變，而傳播速度改變，由v＝λf，可判斷波長(zhǎng)改變，C錯(cuò)；由于同步衛(wèi)星相對(duì)地面靜止在赤道上空3600km高的地方，用它作微波中繼站，只要有三顆，就能覆蓋全球，D正確． 4．電視機(jī)的室外天線(xiàn)能把電信號(hào)接收下來(lái)，是因?yàn)? ) A．天線(xiàn)處于變化的電磁場(chǎng)中，天線(xiàn)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過(guò)饋線(xiàn)輸送給LC回路 B．天線(xiàn)處于變化的電場(chǎng)中，天線(xiàn)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過(guò)饋線(xiàn)輸送給LC回路 C．天線(xiàn)只是有選擇地接收某電視臺(tái)的信號(hào)，而其他電視臺(tái)信號(hào)則不接收 D．天線(xiàn)將電磁波傳輸?shù)诫娨暀C(jī)內(nèi) 答案 A 解析 根據(jù)無(wú)線(xiàn)電波的接收原理，可知A正確． 5．為了使需要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載到電磁波上發(fā)射到遠(yuǎn)方，必須對(duì)振蕩電流進(jìn)行( ) A．調(diào)諧 B．放大 C．調(diào)制 D．檢波 答案 C 解析 聲音、圖像信號(hào)的頻率很低，不能直接發(fā)射出去，只有高頻電磁波才能向外發(fā)射，所以要用高頻電磁波攜帶著低頻信號(hào)才能向外發(fā)射出去，而把低頻信號(hào)加到高頻電磁波上的過(guò)程叫調(diào)制． 6．(多選)在電磁波譜中，下列說(shuō)法正確的是( ) A．各種電磁波有明顯的頻率和波長(zhǎng)區(qū)域界限 B．γ射線(xiàn)的頻率一定大于X射線(xiàn)的頻率 C．X射線(xiàn)的波長(zhǎng)有可能等于紫外線(xiàn)波長(zhǎng) D．可見(jiàn)光波長(zhǎng)一定比無(wú)線(xiàn)電波的短 答案 CD 解析 X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)、X射線(xiàn)和紫外線(xiàn)有一部分頻率重疊，界限不明顯，故C、D選項(xiàng)正確． 7．關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是( ) A．紅外線(xiàn)和X射線(xiàn)都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體 B．過(guò)強(qiáng)的紫外線(xiàn)照射有利于人的皮膚健康 C．電磁波頻率最大的是γ射線(xiàn)，最容易用它來(lái)觀(guān)察衍射現(xiàn)象 D．紫外線(xiàn)和X射線(xiàn)都可以使感光底片感光 答案 D 解析 X射線(xiàn)有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線(xiàn)沒(méi)有，A錯(cuò)誤；過(guò)強(qiáng)的紫外線(xiàn)照射對(duì)人的皮膚有害，B錯(cuò)誤；電磁波中頻率最大的是γ射線(xiàn)，其波長(zhǎng)最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，C錯(cuò)誤． 8．在LC振蕩電路的電容器兩極板距離減小后與某一外來(lái)電磁波發(fā)生電諧振，那么LC振蕩電路原來(lái)的周期T1與外來(lái)的電磁波的周期T2的關(guān)系是( ) A．T1>T2 B．T1下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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