第2、3節(jié) 電磁波的發(fā)射、傳播和接收 電磁波譜

第2、3節(jié)電磁波的發(fā)射、傳播和接收電磁波譜

核心素養(yǎng)點(diǎn)擊

物理觀念(1)知道有效地發(fā)散電磁波的兩個(gè)條件。(2)了解電磁波的發(fā)射和接收過(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)射與接收中的重要應(yīng)用。(2)通過(guò)查閱與電磁波譜中各種頻段波的應(yīng)用相關(guān)資料，培養(yǎng)學(xué)生收集信息，加工處理信息的能力?？茖W(xué)探究用電磁波各波段的特點(diǎn)，討論總結(jié)其在生活中的實(shí)際應(yīng)用與防護(hù)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任通過(guò)對(duì)無(wú)線電波應(yīng)用原理的基本認(rèn)識(shí)，感悟科學(xué)技術(shù)的價(jià)值和重要性；端正科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)科學(xué)的價(jià)值觀。一、電磁波的發(fā)射、傳播和接收1．填一填(1)電磁波的發(fā)射①兩個(gè)條件：

和電場(chǎng)、磁場(chǎng)盡可能分布到

。②開放電路：一條深入高空成為

，另一條接入地下成為

。③調(diào)制、調(diào)幅和調(diào)頻把低頻電信號(hào)加載到高頻等幅振蕩電流上稱為

。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。振蕩頻率足夠高較大的空間天線地線調(diào)制振幅頻率(2)電磁波的傳播無(wú)線電波通常有三種傳播途徑：

、

和

。(3)電磁波的接收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

時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流

的現(xiàn)象。它相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)中的

。②調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生

的過(guò)程。③拓展一步檢波：使聲音或圖像信號(hào)從調(diào)諧電路接收到的高頻電流中還原出來(lái)的過(guò)程。它是_____的逆過(guò)程，也叫

。地波天波空間波相同最強(qiáng)

共振電諧振調(diào)制解調(diào)2．判一判(1)頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本領(lǐng)越大。

()(2)當(dāng)接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時(shí)，出現(xiàn)電諧振現(xiàn)象。

(

)(3)沿地球表面空間傳播的無(wú)線電波就是空間波。

()√√×3．想一想

1895年，一位年輕的意大利人馬可尼(公元1874－1937年)發(fā)明了無(wú)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？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(zhǎng)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、電磁波譜1．填一填(1)電磁波譜的排列

按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短依次為：

、紅外線、

、紫外線、X射線、

。(2)不同電磁波的特點(diǎn)及應(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、照相等無(wú)線電波可見(jiàn)光γ射線

特點(diǎn)用途紫外線化學(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2.判一判(1)X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的破壞作用，過(guò)量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變。()(2)γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高。

(

)(3)紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射。

()√√×3．想一想2022年3月23日下午，“天宮課堂”第二課在中國(guó)空間站正式開講并直播。思考一下，航天員授課的視頻是怎樣傳到地面上的？提示：通過(guò)電磁波來(lái)傳遞。探究(一)

無(wú)線電波的發(fā)射和接收[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]如圖是中國(guó)移動(dòng)通信發(fā)射天線和衛(wèi)星接收天線。(1)為什么發(fā)射天線做成金屬桿狀？(2)接收電磁波時(shí)，選擇特定頻率電磁波的原理是什么？提示：(1)是為了形成開放電路，有效發(fā)射電磁波。(2)電諧振原理。

[重難釋解]1．電磁波的發(fā)射——調(diào)制信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，往往由于信號(hào)頻率低、能量低不能直接用來(lái)發(fā)射，需要把要傳遞的電信號(hào)“加載”到高頻電磁波上再發(fā)射出去，相當(dāng)于把貨物搭載到火車或飛機(jī)上，這就是調(diào)制。調(diào)制的方式又可分為調(diào)頻和調(diào)幅。2．電磁波的接收(1)原理：電磁波在空間傳播時(shí)，如果遇到導(dǎo)體，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)調(diào)諧：空中有許多不同頻率的電磁波在傳播，為了接收到我們需要的電磁波，要調(diào)整接收電路的固有頻率，使之與我們需要的電磁波的頻率相同(產(chǎn)生電諧振)，這就是調(diào)諧。(3)解調(diào)：從接收到的高頻電流中“檢”出所攜帶的信號(hào)，相當(dāng)于把運(yùn)到目的地的貨物從火車、飛機(jī)等運(yùn)載工具上卸載下來(lái)，這就是解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，又叫檢波。[特別提醒](1)電磁波的發(fā)射和接收過(guò)程中，發(fā)射的是加載電信號(hào)的高頻電磁波，接收的是攜帶電信號(hào)的高頻電磁波，不是直接發(fā)射、接收電信號(hào)。(2)解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，調(diào)制是把要傳遞的信號(hào)“加載”到高頻電磁波上；解調(diào)是從接收到的高頻電磁波中“檢”出所攜帶的信號(hào)。

(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)射的電信號(hào)“加載”到高頻等幅振蕩電流上去，頻率越高，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[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)簡(jiǎn)單的、比較有效的電磁波的發(fā)射裝置，至少應(yīng)具備以下電路中的(

)A．調(diào)諧電路 B．調(diào)制電路C．高頻振蕩電路 D．開放振蕩電路解析：比較有效的發(fā)射電磁波的裝置應(yīng)該有調(diào)制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路。調(diào)制電路是把需要發(fā)射的電信號(hào)裝載在高頻電磁波上才能發(fā)射出去，高頻振蕩電路能產(chǎn)生高頻電磁波，開放振蕩電路能把電磁波發(fā)送的更遠(yuǎn)。而調(diào)諧電路是在接收端需要的電路，故B、C、D正確。答案：

BCD2．有一個(gè)LC接收電路，原來(lái)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．在線圈中插入鐵芯答案：C

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)，所有的電磁波都能在接收電路中產(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)才可以聽到聲音解析：當(dāng)處于電諧振時(shí)，所有的電磁波都能在接收電路中產(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)才可以聽到聲音，故正確選項(xiàng)為A、D。答案：AD

探究(二)

對(duì)電磁波的認(rèn)識(shí)[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]無(wú)線電波、紅外線、紫外線、X射線等都是電磁波。但是，無(wú)線電波主要應(yīng)用于通訊，紅外線主要應(yīng)用于遙感、紅外攝像和紅外制導(dǎo)，紫外線主要應(yīng)用于殺菌消毒，而X射線主要應(yīng)用于透視，這是為什么呢？

提示：這是由于不同波段的電磁波表現(xiàn)出不同的特性，從而決定它們的用途。

[重難釋解]1．對(duì)電磁波的認(rèn)識(shí)(1)電磁波是一種物質(zhì)，像電場(chǎng)、磁場(chǎng)一樣，它是客觀存在的真實(shí)物質(zhì)，是物質(zhì)存在的另一種形式。(2)電磁波具有能量，以電磁場(chǎng)的形式存在，也就是說(shuō)電磁場(chǎng)的能量通過(guò)電磁波來(lái)傳播。

(3)電磁波能傳遞信息。2．電磁波的共性(1)它們?cè)诒举|(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)別并沒(méi)有絕對(duì)的意義。(2)都遵守公式v＝λf，它們?cè)谡婵罩械膫鞑ニ俣榷际莄＝3.0×108m/s。(3)它們的傳播都不需要介質(zhì)。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。3．電磁波的個(gè)性(1)不同電磁波的頻率或波長(zhǎng)不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長(zhǎng)越長(zhǎng)越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長(zhǎng)越短穿透能力越強(qiáng)。(2)同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率越大折射率越大，速度越小。(3)產(chǎn)生機(jī)理不同(4)用途不同：無(wú)線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術(shù)，紫外線用于殺菌消毒，X射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的X光照片，γ射線檢查金屬部件的缺陷等。無(wú)線電波振蕩電路中電子周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生紅外線、可見(jiàn)光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生(多選)目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內(nèi)。下列關(guān)于雷達(dá)和電磁波的說(shuō)法正確的是

(

)A．真空中上述雷達(dá)發(fā)射的電磁波的波長(zhǎng)范圍在0.3m至1.5m之間B．電磁波是由恒定不變的電場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生的C．測(cè)出從發(fā)射電磁波到接收反射波的時(shí)間間隔可以確定雷達(dá)和目標(biāo)的距離D．波長(zhǎng)越短的電磁波，直線傳播性能越強(qiáng)[答案]

ACD[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．電磁波包含了γ射線、紅外線、紫外線、無(wú)線電波等，按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的排列順序是

(

)A．無(wú)線電波、紅外線、紫外線、γ射線B．紅外線、無(wú)線電波、γ射線、紫外線C．γ射線、紅外線、紫外線、無(wú)線電波D．紫外線、無(wú)線電波、γ射線、紅外線解析：電磁波的頻率由小到大的順序依次是無(wú)線電波、紅外線、紫外線、γ射線，這也是波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的順序。故A正確。答案：A

2．

(多選)關(guān)于紫外線的作用和性質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．一切物體都在不停地輻射紫外線B．紫外線能殺菌消毒是因?yàn)樽贤饩€具有較高的能量，可以穿透細(xì)胞膜C．紫外線具有較強(qiáng)的穿透能力，可以穿透人的皮膚，破壞內(nèi)臟器官D．紫外線具有熒光作用解析：并不是一切物體都不停地輻射紫外線，所以A錯(cuò)誤；紫外線穿透能力較強(qiáng)，可以穿透細(xì)胞膜，具有殺菌消毒作用，但并不能穿透人的皮膚，破壞內(nèi)臟器官，所以B正確，C錯(cuò)誤；紫外線能使很多物質(zhì)發(fā)出熒光，具有熒光作用，所以D正確。答案：BD

3．

(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光從本質(zhì)上說(shuō)是電磁波，A、B項(xiàng)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項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：AB

一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維1．某同學(xué)自己繞制天線線圈，制作一個(gè)最簡(jiǎn)單的收音機(jī)，用來(lái)收聽中波的無(wú)線電廣播。他發(fā)現(xiàn)有一個(gè)頻率最高的中波電臺(tái)收不到，但可以接收其他中波電臺(tái)。為了收到這個(gè)電臺(tái)，他應(yīng)該增加還是減少線圈的匝數(shù)？說(shuō)明理由。二、注重學(xué)以致用和思維建模2．雷達(dá)是用來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位的現(xiàn)代化定位系統(tǒng)，海豚也具有完善的聲吶系統(tǒng)，它能在黑暗中準(zhǔn)確而快速地捕捉食物，避開敵害，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)代化的無(wú)線電系統(tǒng)。海豚的定位、雷達(dá)的定位分別利用了自身發(fā)射的

(

)A．電磁波次聲波 B．紅外線

光線C．次聲波紅外線

D．超聲波

電磁波解析：海豚能發(fā)射超聲波，它是一種頻率高于2×104Hz的聲波，它的波長(zhǎng)非常短，因而能定向發(fā)射，而且在水中傳播時(shí)因能量損失小，要比無(wú)線電波傳播得遠(yuǎn)。海豚就是靠自身發(fā)出的超聲波的回聲，在混濁的水里準(zhǔn)確確定遠(yuǎn)處小魚的位置而猛沖過(guò)去吞食的。雷達(dá)是一個(gè)電磁波的發(fā)射和接收系統(tǒng)，因而