2020-2021高二物理3-4學(xué)案：第十四章 3電磁波的發(fā)射和接收含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年高二人教版物理選修3-4學(xué)案：第十四章3電磁波的發(fā)射和接收含解析3電磁波的發(fā)射和接收一、電磁波的發(fā)射1．要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具備兩個(gè)特點(diǎn)：第一,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．第二，應(yīng)采用開放電路，振蕩電路的電場和磁場必須分散到足夠大的空間．2．開放電路：實(shí)際應(yīng)用中的開放電路，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．無線電技術(shù):使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制．調(diào)制的方法有兩種，一種是調(diào)幅，使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而改變；另一種叫調(diào)頻，使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變化．1895年，一位年輕的意大利人馬可尼(公元1874－1937年)發(fā)明了無線電通信技術(shù)．從此，攜帶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．電視臺發(fā)射電視信號為什么要建高聳入云的發(fā)射塔呢？提示：電視信號要有效地發(fā)射出去,必須采用高頻開放電路,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．二、電磁波的接收1．接收原理：電磁波能使導(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)生的振蕩電流最強(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)：把聲音或圖像信號從接收到的高頻電流中還原出來，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30GHz）的電磁波稱做無線電波．按波長可分成若干個(gè)波段，像長波、中波、短波、微波等．每個(gè)波段所用的設(shè)備和技術(shù)不同，因此有不同的用途．如圖所示是我們常用的收音機(jī)中與調(diào)臺旋鈕相連的一個(gè)電子器件,它由兩組鋁片組成，一組鋁片固定，稱為靜片；另一組鋁片可以旋轉(zhuǎn)，稱為動(dòng)片．收音機(jī)調(diào)臺時(shí)就是通過轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)片，改變動(dòng)片與靜片的正對面積,從而實(shí)現(xiàn)選臺目的的,你知道這是如何實(shí)現(xiàn)的嗎？提示:這是一個(gè)可變電容器．兩組鋁片之間是互相絕緣的，動(dòng)片旋入得越多，正對面積越大，電容也就越大．它是振蕩電路的一部分，由振蕩電路周期T＝2πeq\r(LC)知，調(diào)節(jié)電容C,可以改變振蕩周期．當(dāng)LC回路振蕩頻率與待接收的電磁波頻率相同時(shí)，產(chǎn)生電諧振，從而將需要的電臺信號選出來．考點(diǎn)一電磁波的發(fā)射1．有效發(fā)射電磁波的條件(1)要有足夠高的振蕩頻率．理論研究證明，振蕩電路向外界輻射能量的本領(lǐng)與振蕩頻率密切相關(guān)．頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大．(2）采用開放電路．振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間．天線和地線也可組成開放電路，如下圖所示．實(shí)際應(yīng)用中的開放電路，線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連，這條導(dǎo)線叫做地線;線圈的另一端與高高架在空中的天線相連,無線電波就是由這樣巨大的開放電路發(fā)射出去的。2．電磁波的調(diào)制在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制，調(diào)制的裝置如右圖所示．（1)調(diào)幅（AM）：使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變的調(diào)制技術(shù)，如圖甲所示．(2）調(diào)頻（FM）:使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變的調(diào)制技術(shù)，如圖乙所示．【例1】為了使需要傳遞的信息（如聲音、圖像等)加載在電磁波上發(fā)射到遠(yuǎn)方,必須對振蕩電流進(jìn)行(）A．調(diào)諧 B．放大C．調(diào)制 D．檢波【導(dǎo)思】聲音與圖像信號的頻率很低，不滿足直接發(fā)射的條件,只有高頻電磁波才能有效地向外發(fā)射．【解析】1。把低頻信號加到高頻電磁波上去的過程叫調(diào)制．2．調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻兩種．【答案】C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（B）A．增加輻射波的波長B．使振蕩電容的正對面積足夠小C．盡可能使電場和磁場分散開D．增加回路中的電容和電感解析：理論證明，電磁波發(fā)射本領(lǐng)(功率）與f成正比,電磁場應(yīng)盡可能擴(kuò)散到周圍空間，形成開放電路．f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC)），C＝eq\f(εrS，4πkd），要使f增大，應(yīng)減小L或C，只有B符合題意．考點(diǎn)二電磁波的接收1．無線電波的接收原理：電磁波在傳播過程中如果遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(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同時(shí),接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振．電諧振是電磁振蕩中的“共振現(xiàn)象"．3．調(diào)諧：接收電路的固有頻率可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，將接收電路的頻率調(diào)節(jié)到與需要接收的某個(gè)頻率的電磁波相同，使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧．(1）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．(2）收音機(jī)的選臺相當(dāng)于通過改變電容C來改變接收頻率，波段轉(zhuǎn)換相當(dāng)于通過改變自感系數(shù)L來改變接收頻率．4．解調(diào)（檢波)：使聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來,叫做解調(diào)．解調(diào)是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波．5．電磁波的接收：天線接收到的所有的電磁波，經(jīng)調(diào)諧選擇出所需要的電磁波,再經(jīng)檢波取出攜帶的信號,放大后再還原成聲音或圖像的過程．6．無線電波及波段劃分：無線電技術(shù)中把波長大于1mm（頻率低于300GHz）的電磁波稱為無線電波．并按波長（頻率)把無線電波分為若干波段．不同波段的無線電波的傳播特點(diǎn)不一樣，發(fā)射、接收所用的設(shè)備和技術(shù)也不同，因此有不同的用途．【例2】(多選）下圖甲為一個(gè)調(diào)諧檢波電路，圖乙、丙、丁為電路中的電流隨時(shí)間變化的圖象,則（）A．i1是L1中的電流圖象B．i1是L2中的電流圖象C．i2是L2中的電流圖象D．i3是流過耳機(jī)的電流圖象【導(dǎo)思】L1與C1組成調(diào)諧電路，電流的圖象應(yīng)為完整的波形圖象，而L2與二極管、電容器組成解調(diào)電路,i－t的圖象應(yīng)為i2。【解析】①L2中由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的圖象是同乙圖相似的,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沒有電流，所以L2中的電流應(yīng)選丙圖．故應(yīng)選A、C、D.②此接收電路是最簡單的一種收音機(jī)電路．【答案】ACD（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發(fā)出的電信號．要收到電信號，應(yīng)(CD)A．增加調(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：重難疑點(diǎn)辨析無線電波的分類及傳播特點(diǎn)波長大于1mm(頻率低于300GHz）的電磁波叫無線電波，無線電波可以分為若干波段,不同波段的無線電波的傳播特點(diǎn)不一樣．發(fā)射和接收所用的設(shè)備和技術(shù)也不相同，因此有不同的用途，見下表。【典例】波長分別為290m、397m、566m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756kHz時(shí):(1)哪種波長的無線電波在收音機(jī)中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)？(2)如果想接收到波長為290m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＝eq\f(c，λ)得f1＝eq\f（c，λ1)＝eq\f(3。0×108,290)Hz≈1034kHz，f2＝eq\f(c,λ2)＝eq\f(3。0×108，397)Hz≈756kHz，f3＝eq\f（c，λ3）＝eq\f（3.0×108，566）Hz≈530kHz.所以波長為397m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290m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397m的無線電波（2）旋出一些(1）電視機(jī)、收音機(jī)接收的都是無線電波，對無線電波來說，前面所學(xué)的v＝eq\f（λ,T）＝λf等公式仍然成立．(2)當(dāng)調(diào)諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率時(shí)，才能發(fā)生電諧振，此時(shí)無線電波在收音機(jī)中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng),能比較好地接收信號．1．把經(jīng)過調(diào)制的高頻電流變?yōu)檎{(diào)制信號電流的過程叫（D）A．調(diào)幅 B．調(diào)頻C．調(diào)諧 D．檢波2．關(guān)于無線電廣播發(fā)射過程中的振蕩器的作用，下列說法正確的是(A)A．振蕩器的作用是產(chǎn)生等幅高頻信號B．振蕩器的作用是產(chǎn)生低頻音頻信號C．振蕩器的作用是產(chǎn)生高頻音頻信號D．振蕩器的作用是產(chǎn)生等幅低頻信號3．在無線電廣播的接收中,調(diào)諧和檢波是兩個(gè)必須經(jīng)歷的過程,下列關(guān)于接收過程的順序,正確的是(A）A．調(diào)諧→高頻放大→檢波→音頻放大B．檢波→高頻放大→調(diào)諧→音頻放大C．調(diào)諧→音頻放大→檢波→高頻放大D．檢波→音頻放大→調(diào)諧→高頻放大4．以下說法中正確的是（D）A．電視和錄音機(jī)都能接收電磁波B．無線電廣播用長波C．電視使用短波D．kHz表示千赫，MHz表示兆赫解析：錄音機(jī)的工作原理是把磁帶里含有的磁信號還原為聲音，與接收電磁波毫無關(guān)聯(lián)；電磁波里的長波不用作無線電廣播，只有中、