第三、四節(jié) 電磁波的發(fā)射、傳播和接收 電磁波譜

第三、四節(jié)電磁波的發(fā)射、傳播和接收

電磁波譜核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道有效地發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件。(2)了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收過(guò)程。(3)了解電磁波譜的構(gòu)成，知道各波段電磁波的作用及應(yīng)用。(4)知道電磁波具有能量，是一種物質(zhì)?？茖W(xué)思維(1)領(lǐng)會(huì)高頻電磁波在無(wú)線電發(fā)射與接收中的重要作用。(2)通過(guò)查閱電磁波譜中各種頻段波的應(yīng)用相關(guān)資料，培養(yǎng)收集信息、加工處理信息的能力?？茖W(xué)探究了解電磁波在信息傳遞中的應(yīng)用?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任體會(huì)電磁波的應(yīng)用對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響，明確不同的電磁波具有不同的用途，感悟現(xiàn)代科技的正反兩個(gè)方面，培養(yǎng)辯證唯物的價(jià)值觀。一、電磁波的發(fā)射電磁波的傳播1．電磁波的發(fā)射(1)兩個(gè)條件：要有足夠高的___________和要使LC振蕩電路的電場(chǎng)、磁場(chǎng)分散到_______________。(2)開放電路：一條深入高空成為_____，另一條接入地下成為_____，使電場(chǎng)和磁場(chǎng)擴(kuò)展到電容器的外部。(3)無(wú)線電波：無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波。振蕩頻率盡可能大的空間天線地線(4)調(diào)制、調(diào)幅和調(diào)頻把低頻的電信號(hào)“加載”到高頻振蕩電流上稱為_____。調(diào)制的方法有兩種：一是調(diào)幅，使高頻電磁波的______隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變；另一種叫調(diào)頻，使高頻電磁波的______隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。2．電磁波的傳播無(wú)線電波的三種傳播方式：_____、______和__________。二、電磁波的接收1．選臺(tái)：在空間彌漫著的許多不同頻率的無(wú)線電波中把需要的選出來(lái)的過(guò)程。2．調(diào)諧：當(dāng)接收電路的固有頻率調(diào)到與需要接收的無(wú)線電波的頻率相同時(shí)，這個(gè)頻率的無(wú)線電波在接收電路里將激起最強(qiáng)的振蕩電流，該過(guò)程稱為調(diào)諧。調(diào)制振幅頻率地波天波直線傳播3．調(diào)諧電路：能夠調(diào)諧的接收電路，簡(jiǎn)單的調(diào)諧電路如圖所示。4．檢波：從高頻振蕩電流中“檢”出它所攜帶的______信號(hào)電流的過(guò)程。檢波是調(diào)制的逆過(guò)程，所以又叫解調(diào)。三、電磁波譜1．認(rèn)識(shí)電磁波譜(1)定義：將各種電磁波按波長(zhǎng)或頻率大小的順序排列成譜，稱為電磁波譜。(2)組成：無(wú)線電波、________、可見(jiàn)光、________、X射線、γ射線。(3)產(chǎn)生機(jī)理：無(wú)線電波是自由電子振蕩產(chǎn)生的，紅外線、可見(jiàn)光、紫外線是原子的_________受到激發(fā)后產(chǎn)生的，X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的，γ射線是原子核受激發(fā)后產(chǎn)生的。低頻紅外線紫外線外層電子2．電磁波家族成員的特性及其應(yīng)用

特點(diǎn)用途無(wú)線電波波動(dòng)性強(qiáng)通信、廣播、導(dǎo)航紅外線熱作用強(qiáng)加熱、遙測(cè)、遙感、紅外線制導(dǎo)可見(jiàn)光感光性強(qiáng)照明、照相等紫外線化學(xué)作用熒光效應(yīng)殺菌消毒、治療皮膚病等X射線穿透力較強(qiáng)檢查、探測(cè)、透視、治療γ射線穿透力最強(qiáng)探測(cè)、治療、育種1.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。接著，按照如圖所示的方式，在收音機(jī)附近將電池盒的兩根引線反復(fù)碰觸，你會(huì)聽到收音機(jī)中發(fā)出“咔咔咔”的響聲。為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象？提示：兩根引線反復(fù)碰觸，電路反復(fù)接通和斷開，會(huì)發(fā)出無(wú)線電波，收音機(jī)接收后會(huì)產(chǎn)生“咔咔咔”的響聲。2．如圖是電視信號(hào)接收過(guò)程示意圖。判斷下列說(shuō)法的正誤。(1)電視接收天線接收到的電磁波中包括圖像信號(hào)和伴音信號(hào)。

(

)(2)電視接收天線接收到電磁波，天線上并不產(chǎn)生感應(yīng)電流。

()(3)電視機(jī)接收到電磁波，通過(guò)電子槍的掃描顯示電視節(jié)目的伴音信號(hào)。

()√××3．如圖是應(yīng)用電磁波工作的幾種設(shè)備。判斷下列說(shuō)法的正誤。(1)在醫(yī)學(xué)上常用X光照片輔助進(jìn)行疾病診斷，是利用X射線穿透本領(lǐng)強(qiáng)的特性。

()(2)紅外線夜視儀利用的紅外線的波長(zhǎng)小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。

()(3)無(wú)線路由器是通過(guò)電磁波來(lái)傳遞信息的。

()√×√新知學(xué)習(xí)(一)|無(wú)線電波的發(fā)射和接收[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖是無(wú)線電波的接收過(guò)程。分析接收過(guò)程中各階段的作用。提示：(1)通過(guò)電諧振來(lái)選臺(tái)。(2)通過(guò)解調(diào)獲取信號(hào)。(3)放大電路：經(jīng)解調(diào)取出攜帶的信號(hào)，放大后再通過(guò)揚(yáng)聲器和顯示設(shè)備還原成聲音或圖像的過(guò)程。

[重點(diǎn)釋解]1．無(wú)線電波的發(fā)射和接收過(guò)程

2．“調(diào)幅”和“調(diào)頻”是調(diào)制的兩個(gè)不同的方式(1)調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變的調(diào)制技術(shù)，如圖所示。(2)調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變的調(diào)制技術(shù)，如圖所示。3．電磁波的接收原理(1)電磁波在空間傳播時(shí)，如果遇到導(dǎo)體，就會(huì)使導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的頻率跟激起它的電磁波的頻率相同。因此利用放在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，就可以接收到電磁波。(2)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)。[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)下列對(duì)無(wú)線電廣播要對(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)改變解析]

調(diào)制是把要發(fā)射的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上去，頻率越高，向外輻射能量的本領(lǐng)越強(qiáng)，傳播信息能力越強(qiáng)，A正確；電磁波在空氣中以接近光速傳播，B錯(cuò)誤；由v＝λf，知波長(zhǎng)與波速和傳播頻率有關(guān)，C錯(cuò)誤，D正確。[答案]

AD/方法技巧/相近概念的辨析技巧(1)調(diào)頻和調(diào)幅：這是調(diào)制的兩種方式，使電磁波的頻率隨信號(hào)改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻；使電磁波的振幅隨信號(hào)改變的調(diào)制方式叫調(diào)幅。(2)調(diào)制和解調(diào)：把低頻電信號(hào)加載到高頻等幅振蕩電流上叫作調(diào)制；把低頻電信號(hào)從高頻載波中還原出來(lái)叫解調(diào)，是調(diào)制的逆過(guò)程。[針對(duì)訓(xùn)練]1．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(zhǎng)B．使電容器兩極板的正對(duì)面積足夠小C．減小電容器兩極板間距D．增加回路中的電容和電感答案：B2．(2022·廣州高二檢測(cè))實(shí)際發(fā)射無(wú)線電波如圖所示，高頻振蕩器產(chǎn)生高頻等幅振蕩，如圖甲所示，人對(duì)著話筒說(shuō)話產(chǎn)生低頻振蕩如圖乙所示，根據(jù)這兩個(gè)圖像，發(fā)射出去的電磁波圖像應(yīng)是圖中的

(

)解析：振蕩器產(chǎn)生高頻等幅振蕩，話筒里面有碳膜電阻，它的阻值隨壓力變化而變化。當(dāng)我們對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，空氣對(duì)它的壓力隨著聲音信號(hào)的變化而變化，那么它的電阻也就隨著聲音信號(hào)的變化而變化，振蕩電流的振幅也就隨著聲音信號(hào)的變化而變化，這就是調(diào)制，它不但影響了正半周，也影響了負(fù)半周，B正確；A、C、D錯(cuò)誤。答案：B新知學(xué)習(xí)(二)|無(wú)線電波的分類及不同應(yīng)用[重點(diǎn)釋解]1．無(wú)線電波λ>1mm的電磁波叫無(wú)線電波。無(wú)線電波可以分成若干波段。波段波長(zhǎng)頻率傳播方式主要用途長(zhǎng)波30000～3000米10～100千赫地波超遠(yuǎn)程無(wú)線電通信和導(dǎo)航中波3000～200米100～1500千赫地波和天波調(diào)幅無(wú)線電廣播、電報(bào)、通信中短波200～50米1500～6000千赫短波50～10米6～30兆赫天波續(xù)表微波米波10～1米30～300兆赫近似直線傳播調(diào)頻無(wú)線電廣播、電視、導(dǎo)航分米波10～1分米300～3000兆赫直線傳播電視、雷達(dá)、導(dǎo)航厘米波10～1厘米3000～30000兆赫毫米波10～1毫米30000～300000兆赫2．雷達(dá)的原理及應(yīng)用(1)雷達(dá)的原理利用電磁波遇到障礙物發(fā)生反射的特性。(2)雷達(dá)的構(gòu)造及特點(diǎn)一般由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、輸出裝置(顯示器)、電源、用于控制雷達(dá)工作和處理信號(hào)的計(jì)算機(jī)以及防干擾設(shè)備等構(gòu)成。①雷達(dá)既是無(wú)線電波的發(fā)射端，又是無(wú)線電波的接收端。②雷達(dá)使用的無(wú)線電波是直線性好、反射性能強(qiáng)的微波波段。[典例體驗(yàn)][典例]一個(gè)雷達(dá)向遠(yuǎn)處發(fā)射無(wú)線電波，每次發(fā)射的時(shí)間為1μs，兩次發(fā)射的時(shí)間間隔為100μs，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)出的尖形波如圖所示，已知圖中刻度

ab＝bc，則障礙物與雷達(dá)之間的距離是多大？[答案]

7.5×103m/方法技巧/雷達(dá)偵察問(wèn)題的解決方法(1)電磁波在空中的傳播速度可認(rèn)為等于真空中的光速c，根據(jù)雷達(dá)熒光屏上發(fā)射波形和反射波形間的時(shí)間間隔，可求得偵察距離。(2)根據(jù)發(fā)射無(wú)線電波的方向和仰角，確定被偵察物體的位置。(3)雷達(dá)的最大偵察距離應(yīng)等于電磁波在雷達(dá)發(fā)射相鄰兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔內(nèi)傳播距離的一半。

[針對(duì)訓(xùn)練]1．(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，越宜用地波傳播B．電磁波頻率越高，越宜沿直線傳播C．短波適宜以天波形式傳播D．電磁波在各種介質(zhì)中傳播時(shí)波長(zhǎng)恒定解析：由v＝λf可知，電磁波頻率越高，波長(zhǎng)越短，衍射能力越差，不宜用地波傳播，頻率高的電磁波的傳播跟光的傳播相似，沿直線傳播，B正確，A錯(cuò)誤；電離層對(duì)短波吸收少反射多，故短波適宜以天波形式傳播，C正確；電磁波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，速度改變，頻率不變，由v＝λf，可判斷出波長(zhǎng)改變，D錯(cuò)誤。答案：BC2．一雷達(dá)站探測(cè)敵機(jī)時(shí)熒光屏上出現(xiàn)的記錄圖像如圖所示，A是發(fā)射時(shí)的雷達(dá)探索波的脈沖波形，B是敵機(jī)反射回來(lái)的脈沖波形，則敵機(jī)距雷達(dá)站的距離是

(

)A．9×105m

B．4.5×105mC．3×105m D．無(wú)法確定答案：B

新知學(xué)習(xí)(三)|各種電磁波的不同特性及應(yīng)用[典例體驗(yàn)][典例]各種不同頻率范圍的電磁波按頻率由大到小的排列順序是

(

)A．γ射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線B．γ射線、紅外線、紫外線、可見(jiàn)光C．紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、γ射線D．紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、γ射線[解析]

電磁波按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的順序排列，依次是無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線。又波長(zhǎng)越長(zhǎng)的電磁波，其頻率越小，由此可知，電磁波按頻率由大到小的排列順序?yàn)棣蒙渚€、X射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、無(wú)線電波，A正確。[答案]

A[系統(tǒng)歸納][針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)電磁波廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療中。下列屬于電磁波應(yīng)用的醫(yī)用器械有

(

)A．殺菌用的紫外燈B．拍胸片的X光機(jī)C．治療咽喉炎的超聲波霧化器D．檢查血流情況的“彩超”機(jī)解析：紫外線和X射線從本質(zhì)上說(shuō)是電磁波，A、B正確；治療咽喉炎的超聲波霧化器和檢查血流情況的“彩超”機(jī)用的都是超聲波，超聲波屬于機(jī)械波，C、D錯(cuò)誤。答案：AB

2．(多選)關(guān)于物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．機(jī)場(chǎng)、車站所用的測(cè)量人體溫度的測(cè)溫儀應(yīng)用的是紫外線B．雷達(dá)是利用無(wú)線電波中的微波來(lái)測(cè)定物體位置的無(wú)線電設(shè)備C．γ射線可以用來(lái)治療某些癌癥D．醫(yī)院給病人做的腦部CT應(yīng)用的是X射線的穿透本領(lǐng)較強(qiáng)解析：一切物體均發(fā)出紅外線，隨著溫度不同，輻射強(qiáng)度不同，測(cè)量人體溫度的測(cè)溫儀應(yīng)用的是紅外線，A錯(cuò)誤；雷達(dá)是利用無(wú)線電波中的微波來(lái)測(cè)定物體位置的，B正確；γ射線可以破壞生命物質(zhì)，可以用來(lái)治療某些癌癥，C正確；給病人做的腦部CT應(yīng)用的是X射線的穿透本領(lǐng)較強(qiáng)，D正確。答案：BCD

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——電磁波和機(jī)械波的對(duì)比1．(選自滬科版教材課后練習(xí))類比是一種有效的學(xué)習(xí)方法，通過(guò)類比，能較牢固地掌握新知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率。在類比過(guò)程中，既要找出共同之處，又要抓住不同之處。某同學(xué)對(duì)機(jī)械波和電磁波進(jìn)行類比，總結(jié)出下列內(nèi)容，其中不正確的是

(

)A．機(jī)械波的頻率、波長(zhǎng)和波速三者滿足的關(guān)系，對(duì)電磁波也適用B．機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C．機(jī)械波的傳播依賴介質(zhì)，而電磁波可以不依賴介質(zhì)在真空中傳播D．機(jī)械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波解析：對(duì)于電磁波，v＝λf同樣適用，A正確；機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，B正確；電磁波傳播可以不依賴介質(zhì)，C正確；電磁波只有橫波，D錯(cuò)誤。答案：D

科學(xué)探究——電磁波的接收2．(選自人教版教材課后練習(xí))有波長(zhǎng)分別為290m、397m、566m的無(wú)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)，問(wèn)：(1)哪種波長(zhǎng)的無(wú)線電波在收音機(jī)中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)？(2)如果想接收到波長(zhǎng)為290m的無(wú)線電波，應(yīng)該把調(diào)諧電路中可調(diào)電容器的電容調(diào)大一些還是調(diào)小一些？答案：(1)397m

(2)調(diào)小一些二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．物理學(xué)原理在現(xiàn)代科技中有許多重要應(yīng)用。例如，利用波的干涉，可將無(wú)線電波的干涉信號(hào)用于飛機(jī)降落的導(dǎo)航。如圖所示，兩個(gè)可發(fā)射無(wú)線電波的天線對(duì)稱地固定于飛機(jī)跑道兩側(cè)，它們類似于楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中的雙縫。