人教版選修11 電磁波的發(fā)射和接收 第1課時(shí) 學(xué)案.docxVIP

4.3電磁波的發(fā)射和接收學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)的含義 2.掌握電視攝像管的基本結(jié)構(gòu)以及電視廣播發(fā)射與接收的過程3.知道移動(dòng)通信的基本過程和基站的作用 4.知道通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)人類文明的促進(jìn)作用.重點(diǎn)：理解調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)的含義難點(diǎn)：掌握電視攝像管的基本結(jié)構(gòu)以及電視廣播發(fā)射與接收的過程知道移動(dòng)通信的基本過程和基站的作用自 主 預(yù) 習(xí)知識(shí)梳理一、電磁場(chǎng)和電磁波1麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè)(1)變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)。(2)變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。圖1411圖1411甲變化的磁場(chǎng)在其周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)。圖乙變化的電場(chǎng)在其周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。2電磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場(chǎng)。3電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生而形成的電磁場(chǎng)是由近及遠(yuǎn)地傳播的，這種變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播稱為電磁波。(2)電磁波的特點(diǎn)：電磁波是橫波，電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)；電磁波的波長、頻率、波速的關(guān)系：vf，在真空中，電磁波的速度c3.0108 m/s。(3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象。二、電磁振蕩1振蕩電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性迅速變化的電流。2振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。最基本的振蕩電路為lc振蕩電路。3電磁振蕩：在lc振蕩電路中，電容器極板上的電荷量，電路中的電流，電場(chǎng)和磁場(chǎng)周期性相互轉(zhuǎn)變的過程也就是電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能周期性相互轉(zhuǎn)化的過程。4電磁振蕩的周期與頻率(1)周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間。(2)頻率：1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。振蕩電路里發(fā)生無阻尼振蕩時(shí)的周期和頻率分別叫做固有周期、固有頻率。(3)周期和頻率公式：t2， f。三、電磁波的發(fā)射1要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有兩個(gè)特點(diǎn)：(1)要有足夠高的振蕩頻率，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。(2)應(yīng)采用開放電路，振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到足夠大的空間。2開放電路：實(shí)際的開放電路，線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連，這條導(dǎo)線叫做地線，線圈的另一端高高地架在空中，叫做天線。3電磁波的調(diào)制：使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做調(diào)制。調(diào)制的方法有兩種，一是調(diào)幅，使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變；另一種叫調(diào)頻，使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。四、電磁波的接收1接收原理電磁波在傳播時(shí)遇到導(dǎo)體會(huì)使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以導(dǎo)體可用來接收電磁波，這個(gè)導(dǎo)體就是接收天線。2電諧振當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相等時(shí)，接收電路里產(chǎn)生的震蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振。3調(diào)諧使電路中產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧。4解調(diào)使聲音或圖像信號(hào)從接收到的感應(yīng)電流中還原出來，這個(gè)過程是調(diào)制的逆過程，叫做解調(diào)。5無線電波波長大于1_mm(頻率低于300 ghz)的電磁波叫作無線電波。并按波長分成若干個(gè)波段，像長波、中波、短波、微波等。每個(gè)段所用的設(shè)備和技術(shù)不同，因此有不同的用途。課堂小練習(xí)1自主思考判一判(1)恒定電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)又產(chǎn)生電場(chǎng)。()(2)電磁波和光在真空中的傳播速度都是3.0108 m/s。()(3)電容器放電完畢，電流最大。()(4)l和c越大，電磁振蕩的頻率越高。()(5)頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本領(lǐng)越大。()(6)當(dāng)接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時(shí)，出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。()(7)要使電視機(jī)的屏幕上出現(xiàn)圖像，必須將電視機(jī)接收到的無線電信號(hào)解調(diào)。()2合作探究議一議(1)怎樣才能形成電磁波？提示：變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，在空間交替變化并傳播出去的電磁場(chǎng)就形成了電磁波。(2)打開收音機(jī)的開關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)選臺(tái)旋鈕，使收音機(jī)收不到電臺(tái)的廣播，然后開大音量。在收音機(jī)附近，將電池盒的兩根引線反復(fù)碰撞，你會(huì)聽到收音機(jī)中發(fā)出“喀喀”的響聲。為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？打開電扇，將它靠近收音機(jī)，看看又會(huì)怎樣。提示：電磁波是由電磁振蕩產(chǎn)生的，在收音機(jī)附近，將電池盒兩引線反復(fù)碰觸，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，這樣會(huì)發(fā)出電磁波，從而導(dǎo)致收音機(jī)中發(fā)出“喀喀”聲。若將轉(zhuǎn)動(dòng)的電扇靠近收音機(jī)，因?yàn)殡娚戎须妱?dòng)機(jī)內(nèi)通有交流電，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行同樣會(huì)引起收音機(jī)發(fā)出“喀喀”聲。(3)1895年，一位年輕的意大利人馬可尼(公元18741937年)發(fā)明了無線電通信技術(shù)。從此，攜帶了人類信息的電磁波開始在空間自由旅行，人們不必依賴電線，就可以在遙遠(yuǎn)的地方互通信息。電視臺(tái)發(fā)射電視信號(hào)為什么要建高聳入云的發(fā)射塔呢？圖1412提示：電視信號(hào)要有效地發(fā)射出去，必須采用高頻開放電路，電視信號(hào)所用電磁波的波長比較短，以直線傳播為主，遇到障礙物會(huì)被阻擋，所以發(fā)射天線要架得高一些。例1：(多選)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)。當(dāng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線如圖1413所示時(shí)，可能是()圖1413a向上方向的磁場(chǎng)在增強(qiáng)b向上方向的磁場(chǎng)在減弱c向上方向的磁場(chǎng)先增強(qiáng)，然后反向減弱d向上方向的磁場(chǎng)減弱，然后反向增強(qiáng)思路點(diǎn)撥 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律中，當(dāng)一個(gè)閉合回路中由于通過它的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，回路中并沒有電源，電流的產(chǎn)生是由于磁場(chǎng)的變化。麥克斯韋把以上的觀點(diǎn)推廣到不存在閉合電路的情況，即變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。判斷電場(chǎng)與磁場(chǎng)變化的關(guān)系仍可利用楞次定律，只不過是用電場(chǎng)線方向代替了電流方向。解析向上方向的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁場(chǎng)的增強(qiáng)而方向向下，根據(jù)安培定則感應(yīng)電流方向如圖中e的方向所示，選項(xiàng)a正確，b錯(cuò)誤。同理，當(dāng)磁場(chǎng)反向即向下的磁場(chǎng)減弱時(shí)，也會(huì)得到如圖中e的方向，選項(xiàng)c正確，d錯(cuò)誤。答案ac例2：(多選)在lc振蕩電路中，某時(shí)刻電路中的電流方向如圖1416所示，且電流正在減小，則該時(shí)刻()圖1416a電容器上極板帶正電，下極板帶負(fù)電b電容器上極板帶負(fù)電，下極板帶正電c電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化d磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化思路點(diǎn)撥(1)由電流減小可知，電容器正在充電。(2)電容器充電過程中，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。解析電流正在減小，說明是充電過程，是磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化，d項(xiàng)正確，c項(xiàng)錯(cuò)誤；充電過程電容器上極板帶負(fù)電，下極板帶正電，a項(xiàng)錯(cuò)誤，b項(xiàng)正確。答案bd課堂練習(xí)：1關(guān)于電磁場(chǎng)理論，以下說法正確的是()a在電場(chǎng)周圍一定會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)b任何變化的電場(chǎng)周圍空間一定會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)c均勻變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)d周期性變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)解析：選d變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，但若電場(chǎng)不發(fā)生變化，則不能在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；均勻變化的電場(chǎng)只能在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，只有不均勻變化的電場(chǎng)才能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，選項(xiàng)b、c錯(cuò)誤；周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))，選項(xiàng)d正確。2(多選)應(yīng)用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論判斷下列表示電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)(或磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng))的關(guān)系圖像中，正確的是(每個(gè)選項(xiàng)中的上圖表示變化的場(chǎng)，下圖表示變化的場(chǎng)產(chǎn)生的另外的場(chǎng))()解析：選bca圖中的上圖表示磁場(chǎng)是穩(wěn)定的，由麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論可知周圍空間不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；b圖中的上圖表示均勻變化的電場(chǎng)，會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，選項(xiàng)b正確；c圖中的上圖表示振蕩的磁場(chǎng)，它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)，且相位相差/2，選項(xiàng)c正確；d圖的上圖表示振蕩的電場(chǎng)，在其周圍空間產(chǎn)生振蕩的磁場(chǎng)，且相位相差/2，但是下圖中的圖像與上圖相比較，相位相差，故選項(xiàng)d錯(cuò)誤。3. (多選)如圖1414所示，有一水平放置、內(nèi)壁光滑、絕緣的真空?qǐng)A形管，半徑為r，有一帶正電的粒子靜止在管內(nèi)，整個(gè)裝置處于豎直向上的磁場(chǎng)中，要使帶電粒子由靜止開始沿管做圓周運(yùn)動(dòng)，所加磁場(chǎng)可能是()圖1414a勻強(qiáng)磁場(chǎng)b均勻增加的磁場(chǎng)c均勻減少的磁場(chǎng)d由于洛倫茲力不做功，不管加什么磁場(chǎng)都不能使帶電粒子運(yùn)動(dòng)解析：選bc磁場(chǎng)對(duì)靜止的電荷不產(chǎn)生力的作用，但當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)可產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)帶電粒子產(chǎn)生電場(chǎng)力的作用，帶電粒子在電場(chǎng)力作用下可以產(chǎn)生加速度，選項(xiàng)b、c正確。4.如圖1417所示，表示lc振蕩電路某時(shí)刻的情況，以下說法正確的是()圖1417a電容器正在充電b電感線圈中的磁場(chǎng)能正在減小c電感線圈中的電流正在減小d此時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流的增加解析：選d根據(jù)磁感線的方向可以判斷電流方向是逆時(shí)針，再根據(jù)電容器極板上帶電的性質(zhì)可以判斷電容器在放電，a項(xiàng)錯(cuò)誤；電容器在放電，所以電流在增加，磁場(chǎng)能在增加，自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流的增加，b、c項(xiàng)錯(cuò)誤，d項(xiàng)正確。5如圖1418所示是一個(gè)lc振蕩電路中電流的變化圖線，以下說法正確的是()圖1418at1時(shí)刻電感線圈兩端電壓最大bt2時(shí)刻電容器兩極板間電壓為零ct1時(shí)刻電路中只有電場(chǎng)能dt1時(shí)刻電容器所帶電荷量為零解析：選d振蕩過程中由于電感和電容的存在，電路不是純電阻電路，故不滿足歐姆定律的適用條件。由it圖像可知t1時(shí)刻電流i最大，t2時(shí)刻電流i為零，誤認(rèn)為i與u滿足歐姆定律i，從而錯(cuò)選a、b項(xiàng)。電流i最大時(shí)，說明磁場(chǎng)最強(qiáng)，磁場(chǎng)能最大，電場(chǎng)能為零，電壓、電荷量均為零。6(多選)為了測(cè)量儲(chǔ)罐中不導(dǎo)電液體的高度，將與儲(chǔ)罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器c置于儲(chǔ)罐中，電容器可通過開關(guān)s與線圈l或電源相連，如圖1419所示。當(dāng)開關(guān)從a撥到b時(shí)，由l與c構(gòu)成的回路中產(chǎn)生的周期t2的振蕩電流。當(dāng)罐中液面上升時(shí)()圖1419a電容器的電容減小b電容器的電容增大clc回路的振蕩頻率減小dlc回路的振蕩頻率增大解析：選bc當(dāng)罐中的液面上升時(shí)，電容器極板間的介電常數(shù)變大，由平行板電容器的電容公式知，電容增大，則選項(xiàng)a錯(cuò)誤，b正確；由lc回路周期公式知，振蕩周期增大，振蕩頻率減小，則選項(xiàng)c正確，d錯(cuò)誤。7.(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收，下列說法中正確的是()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，必須要有檢波過程思路點(diǎn)撥求解本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)知道電磁波的發(fā)射和接收原理。(2)知道電諧振的原理。解析有效發(fā)射電磁波，必須采用開放電路和高頻發(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)，必須通過檢波過程，把有效的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中取出來，否則就不能顯示，故a錯(cuò)誤，b、c、d正確。答案bcd作業(yè)：1(多選)要提高lc振蕩電路發(fā)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盡可能使電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散開d增加回路中的電容和電感解析：選bc理論證明，電磁波發(fā)射本領(lǐng)(功率)與f成正比，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，b、c符合題意。2有一個(gè)lc接收電路，原來接收較低頻率的電磁波，現(xiàn)在要想接收較高頻率的電磁波，下列調(diào)節(jié)正確的是()a增加電源電壓b使用調(diào)頻的調(diào)制方式c把可動(dòng)電容器的動(dòng)片適當(dāng)旋出一些d在線圈中插入鐵芯解析：選c增大lc接收電路的頻率，由公式f可知應(yīng)減小電容或電感，a、b項(xiàng)錯(cuò)；把可動(dòng)電容器的動(dòng)片適當(dāng)旋出一些，減小了電容，符合題目要求，c項(xiàng)正確；在線圈中插入鐵芯，增大了電感，不合題意，d項(xiàng)錯(cuò)。3世界各地有許多無線電臺(tái)同時(shí)廣播，用收音機(jī)一次只能收聽到某一電臺(tái)的播音，而不是同時(shí)收聽到許多電臺(tái)的播音，其原因是()a因?yàn)槭章牭降碾娕_(tái)離收音機(jī)最近b因?yàn)槭章牭降碾娕_(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)諧電路的固有頻率相同，產(chǎn)生了電諧振解析：選d選臺(tái)就是調(diào)諧過程，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)，d正確。4(多選)關(guān)于麥克斯韋的電磁理論及其成就，下列說法正確的是()a變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)b變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)c證實(shí)了電磁波的存在d預(yù)見了真空中電磁波的傳播速度大于光速解析：選ab選項(xiàng)a和b是電磁理論的兩大支柱，所以a和b正確；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲最早證實(shí)了電磁波的存在，c錯(cuò)誤；麥克斯韋預(yù)見了真空中電磁波的傳播速度等于光速，d錯(cuò)誤。5在lc振蕩電路中，當(dāng)電容器充電完畢尚未開始放電時(shí)，下列說法正確的是()a電容器中的電場(chǎng)最強(qiáng)b電路里的磁場(chǎng)最強(qiáng)c電場(chǎng)能已有一部分轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能d磁場(chǎng)能已有一部分轉(zhuǎn)化成電場(chǎng)能解析：選alc振蕩電路電容器充電完畢，電容器中電場(chǎng)最強(qiáng)，磁場(chǎng)最弱，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能之間還沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化，故a正確。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減小調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù)d將線圈中的鐵芯取走解析：選cd該題考查實(shí)際問題的處理方法。當(dāng)調(diào)諧電路的固有頻率等于電臺(tái)發(fā)出信號(hào)的頻率時(shí)，發(fā)生電諧振才能收聽到電臺(tái)信號(hào)。由題意知收不到電信號(hào)的原因是調(diào)諧電路固有頻率低，由f可知在c無法再調(diào)節(jié)前提下，可減小電感l(wèi)，即可通過c、d的操作提高f。7(多選)電磁波與聲波比較()a電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)b由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波速度變小，聲波速度變大c由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波波長變小，聲波波長變大d電磁波和聲波在介質(zhì)中的傳播速度，都是由介質(zhì)決定，與頻率無關(guān)解析：選abc選項(xiàng)a、b均與事實(shí)相符，所以a、b正確；根據(jù)，電磁波波速變小，頻率不變，波長變??；聲波速度變大，頻率不變，波長變大，所以選項(xiàng)c正確；電磁波在介質(zhì)中的速度，與介質(zhì)有關(guān)，也與頻率有關(guān)，在同一種介質(zhì)中，頻率越大，波速越小，所以選項(xiàng)d錯(cuò)誤。8. (多選)某時(shí)刻lc振蕩電路的狀態(tài)如圖1所示，則此時(shí)刻()圖1a振蕩電流i在減小b振蕩電流i在增大c電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化d磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化解析：選ad由電磁振蕩的規(guī)律可知，電容器充電過程中，電流逐漸減小，電場(chǎng)能逐漸增大，磁場(chǎng)能逐漸減小，即磁場(chǎng)能正向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，故a、d正確。9收音機(jī)的調(diào)諧電路中線圈的自感系數(shù)為l，要想接收波長為的電磁波，應(yīng)把調(diào)諧電路中電容器的電容調(diào)至(c為光速)()a.b.c. d.解析：選d接收電磁波必須進(jìn)行調(diào)諧，使接收回路產(chǎn)生電諧振，由產(chǎn)生電諧振的條件f固f電磁波得，解得c，故正確答案為d。10(多選)如圖2所示是一個(gè)調(diào)諧接收電路，甲、乙、丙為電路中的電流隨時(shí)間變化的圖像，則()圖2ai1是l1中的電流圖像bi1是l2中的電流圖像ci2是l2中的電流圖像di3是流過耳機(jī)的電流圖像解析：選acdl1中由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的圖像是同甲圖相似的，但是由于l2和d串聯(lián)，所以當(dāng)l2的電壓與d反向時(shí)，電路不通，因此這時(shí)l2